KR20170073606A - 폴리실로카브 계열 탄화 규소 물질, 이의 응용 및 장치 - Google Patents

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앤드류 알. 홉킨스
월터 제이. 셔우드
더글라스 엠. 듀크스
글렌 샌드그렌
마크 에스. 랜드
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Abstract

유기규소 화학, 중합체 유도된 세라믹 물질 및 방법. 3-나인, 4-나인, 6-나 인 및 더 큰 순도를 갖는 폴리실로카브(SiOC) 및 탄화규소(SiC) 물질을 제조하기 위한 이러한 물질 및 방법. 이러한 고순도 SiOC 및 SiC를 이용하는 공정 및 제품.

Description

폴리실로카브계 탄화규소 물질, 적용분야 및 장치{POLYSILOCARB BASED SILICON CARBIDE MATERIALS, APPLICATIONS AND DEVICES}
본 출원은 (i) 35 U.S.C. §119(e)(1) 하에 미국 가출원 일련 번호 제62/055,397호의 2014년 9월 25일자 출원일의 이익; (ii) 35 U.S.C. §119(e)(1) 하에 미국 가출원 일련 번호 제62/055,461호의 2014년 9월 25일자 출원일의 이익; (iii) 35 U.S.C. §119(e)(1) 하에 미국 가출원 일련 번호 제62/055,497호의 2014년 9월 25일자 출원일의 이익; 및 (iv) 35 U.S.C. §119(e)(1) 하에 미국 가출원 일련 번호 제62/112,025호의 2015년 2월 4일자 출원일의 이익을 주장하고, 각각의 전체 개시내용은 본원에 참조로 인용된다.
본 발명은 폴리유기 조성물, 방법, 구조 및 물질; 중합체 유도된 프리세라믹(preceramic) 및 세라믹 물질, 및 방법; 및 특히 폴리실로카브 조성물, 방법, 구조 및 물질에 관한 것이다. 본 발명은 또한 탄화규소(SiC) 및 SiC 조성물, 구조, 성분, 물질 및 이들 항목을 제조하기 위한 장치를 제조하는 방법; 탄화규소(SiC) 및 SiOC 조성물, 구조, 성분, 물질 및 이들 항목을 제조하기 위한 장치를 제조하는 방법; 및 특히 폴리실로카브 물질로 제조된 SiC에 관한 것이다. 폴리실로카브 물질 및 이들 물질을 제조하는 방법은 미국 특허 출원 일련 번호 제14/212,896호, 제14/324,056호, 제14/268,150호 및 제 14/634,819호에 개시되고 교시되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 본원에 참조로 인용된다.
카보실란 또는 폴리카보실란(Si-C), 실란 또는 폴리실란(Si-Si), 실라잔 또는 폴리실라잔(Si-N-Si), 탄화규소(SiC), 카보실라잔 또는 폴리카보실라잔(Si-N-Si-C-Si), 실록산 또는 폴리실록산(Si-O)으로 제조되거나 이로부터 유도된 물질이 공지되어 있다. 이러한 일반적인 유형의 물질은 훌륭하지만 실현 가능성이 없으며; 대규모 적용분야 또는 시장 수용성을 찾지 못했다. 대신, 이들의 용도는 로켓 노즐의 세라믹 구성요소 또는 우주왕복선용 패치와 같은 매우 좁고 제한적이며 낮은 체적이며 높은 가격 및 고도로 특정한 적용분야로 전락하였다. 따라서, 이들은 세라믹으로서 광범위하게 보편적으로 사용하는 데 실패했으며, 이들은 다른 적용분야에 대한 수용성과 용도가 훨씬 낮아졌다고 여겨진다.
많거나 작든 간에 모든 이러한 물질 및 공정을 사용하여, 예를 들면, 다음을 포함하는 하나 이상의 단점을 겪게 된다: 이들은 매우 비싸고 제작하기가 어렵고 파운드당 수천 달러에서 수십만 달러의 비용이 들고; 이들은 높은 그리고 매우 높은 순도의 출발 물질을 필요로 하고; 일반적으로 상기 공정은 고순도 물질을 생성하지 못하며; 상기 공정은 톨루엔, 테트라하이드로푸란(THF) 및 헥산과 같은 유해한 유기 용매를 필요로 하며; 상기 물질로는 사용가능한 강도를 갖는 비-강화된 구조를 만들 수 없으며; 상기 공정은 마그네슘을 함유할 수 있는 염산 및 슬러지와 같은 바람직하지 않은 유해한 부산물을 생성하고; 상기 공정은 경화 및 열분해 단계와 결합된 다수의 용매 및 시약 기반 반응 단계를 필요로 하며; 상기 물질은 유용한 프리프레그를 형성할 수 없으며; 이들의 전반적인 물리적 성질을 혼합하여, 예를 들어, 양호한 온도 성질을 나타내지만 매우 부서지기 쉽다.
그 결과, 비록 큰 가능성이 있다고 여겨지지만, 이러한 유형의 물질은 대규모 적용분야 또는 시장 수용성을 찾지 못했고 본질적으로 과학적 호기심을 유지하고 있다.
탄화규소(SiC)는 규소(Si)와 탄소(C)의 화합물로서, 이는 광범위하게 용도, 적용분야 및 미래 사용 가능성을 갖는다. 유진 애치슨(Eugene Acheson)은 일반적으로 미국 특허 제492,767호 및 제560,291호에 교시되고 개시된 탄화규소를 제조하기 위한 최초의 상업적 공정을 개발하는 것으로 명성을 얻었으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 본원에 참조로 인용된다. 탄화규소는 매우 다용도의 물질이다. 탄화규소는 여러 형태, 예를 들어, 무정형, 많은 상이한 다형(polytype)을 가지며 단일 (또는 단-) 및 다결정질 구조를 형성하는 결정질을 가질 수 있다. 탄화규소는 다른 것들 중에서도 연마제, 마찰재 및 전자제품의 적용분야를 발견하였다. 탄화규소 분말, 미립자, 펠렛 또는 기타 작은 크기와 형상의 형태는 소결 작업 방식에 의해 함께 결합되어 구성부품 및 구조물을 형성할 수 있다.
일반적으로, 탄화규소는 반도체로서 기능할 수 있다. 물질로서 매우 안정적이다. 탄화규소는 매우 단단한 물질이다. 본질적으로 화학적으로 불활성이며 실온에서 어떤 물질과도 반응하지 않을 것이다.
최근에, 고순도 탄화규소에 대한 요구, 특히 반도체와 같은 최종 생성물에 사용하기 위한 고순도 단결정질 탄화물 물질에 대한 요구가 증가되고 있지만 충족시키지 못한 것으로 여겨진다. 예를 들어, "단결정은 고주파 및 고전력 탄화규소 전자 장치용 기판[들]으로서 점점 중요성이 커지고 있다[Wang, et.al, Synthesis of High Power Sic Powder for High-resistivity SiC Single crystals Growth, p. 118 (J. Mater. Sic. Technol. Vol. 23, No 1, 2007)(이하 왕(Wang))]. 이러한 고순도 탄화규소 최종 생성물을 얻기 위해서는, 출발 물질 또는 원료로서의 탄화규소 분말은 매우 순수해야 한다. 그러나, "상업적으로 입수가능한 SiC 분말은 일반적으로 실리카의 열탄소 환원(carbothermal reduction)에 의해 합성된다. 불행하게도, 이것은 전형적으로 SiC 성장을 부적합하게 하는 수준으로 오염시킨다"[Wang, p. 118에서]
고순도 탄화규소를 얻기 위한 오랜 요구와 문제점 및 이 물질을 얻는 실행가능한(기술적 및 경제적 관점 둘 다로부터) 방법을 제공하는 기술의 실패 또한 문헌[Zwieback et al., 2013/0309496 ("츠비박"(Zwieback)]에서도 인정되었으며 상기 문헌은 "고순도 SiC 원료 물질의 가용성은 일반적으로 SiC 단결정의 성장에 중요하며, 이것은 반-절연 SiC 결정에 중요하다"(츠비박(Zwieback), ¶0007에서)는 것을 제공한다. 츠비박(Zwieback)은 액체 기반 방법을 포함한 이전 방법이 일관되게 이 필요성을 충족시키지 못했다고 언급하고 있다: "애치슨 공정의 다수의 변형이 수년에 걸쳐 개발되었지만, 생성된 SiC 물질은 항상 고농도의 붕소, 질소 알루미늄 및 다른 금속을 함유하고 있으며, 반도체 품질 SiC 결정의 성장을 위한 원료 물질로 적합하지 않다"(츠비박(Zwieback), ¶0009에서); "CVD에 의해 생성된 시판 등급의 벌크 SiC는 SiC 결정 성장에서 공급원으로서 사용하기에 충분히 순수하지 않다"(츠비박(Zwieback), ¶0010에서); 액체 공정 "생성된 SiC 물질은 큰 농도의 오염물을 함유하고 있으며 반도체-품질의 SiC 결정의 성장에 적합하지 않다"(츠비박(Zwieback), ¶0011에서); 그리고, SiC의 직접 합성은 "이러한 물질의 사용을 배제하는" 불순한 물질을 제공한다(츠비박(Zwieback), ¶0015에서). 츠비박 자신은 고순도 SiC를 제공하려는 명시된 시도에서 직접적인 공정인 것으로 보이는 복잡한 다단계 버전으로 이러한 오랜 요구를 해결하고자 한다. 이 공정은 기술적으로 또는 경제적으로 실행가능하지 않으며, 따라서 상업적 수준의 고순도 SiC를 제공해야 할 오랜 필요를 해결할 수 없는 것으로 여겨진다.
따라서, 탄화규소를 수득하는 다른 공지된 방법이 있지만, 이들 방법 중 어느 것도 상업적 이용 및 적용분야에 필요한 순도 수준, 양 및 저비용을 제공하기 위해; 그리고 특히 반도체 등급 물질 및 다른 개발중인 상업적 이용 및 적용분야에 대한 계속 증가하는 요구를 충족시키기 위해 필요한 기술, 능력 및 경제적 실행가능성을 제공하지 못한다. "이러한 합성 방법 중 CVD 만이 고순도 SiC 분말을 생산하는데 성공적으로 사용되었으며 CVD 기술과 관련된 고비용 때문에 대량 생산에 적합하지 않다"[Wang, p. 118에서]
CVD는 일반적으로 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)을 언급한다. CVD는 기상 증착 기술의 한 유형이다. CVD 이외에도, 기상 증착 기술에는 PVD(Physical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 CVD, PVT(Physical Vapor Transport) 등이 포함된다.
따라서, 다른 것들 중에서도 고순도 물질을 필요로 하는, 이러한 최종 생성물 및 용도에 있어서, 적어도 약 99.9 %, 적어도 약 99.99 %, 적어도 약 99.999 %, 및 적어도 약 99.9999 % 및 적어도 약 99.99999 % 또는 그 이상의 순도를 갖는 저가의 탄화규소 원료에 대한 요구가 계속 증가하고 있다. 그러나, 본 발명의 양태 이전에, 모든 실질적인 목적을 위해, 이러한 요구는 충족되지 않았다고 여겨진다.
또한, 본 발명의 양태 이전에, 고순도 및 초고순도 SiOC 물질, 및 특히 몇 온스의 작은 실험실 배치보다 큰 양은 결코 수득하지 못했고, 따라서 이들의 중요성, 이익 및 이러한 물질에 대한 요구는 크게 인식되지 않았고 인정받지 못한 것으로 여겨진다.
고순도 단결정질 탄화규소 물질은 많은 바람직한 특징 및 특성을 갖는다. 예를 들어, 약 424 GPa의 영 모듈러스(Young's modulus)를 갖는 것이 매우 어렵다. 다결정질 탄화규소는 이의 과립 구조 및 다른 요인에 따라 매우 높은 경도를 가질 수도 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 겉보기 밀도라고도 지칭되는 비중이라는 용어는 가능한 가장 넓은 의미를 가져야 하며, 일반적으로 구조물의 체적까지의 중량, 예를 들어, 물질의 체적 형상을 의미한다. 이러한 성질에는 입자의 내부 다공성이 이의 체적의 일부로 포함된다. 다른 기술들 중에서도 입자 표면을 적시는 저점도 유체로 측정할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 참 밀도(true density)라고도 지칭될 수 있는 실제 밀도라는 용어는 가능한 가장 넓은 의미를 가져야 하며, 일반적으로 해당 물질에 보이드가 없을 때 물질의 단위 체적당 중량을 의미한다. 이러한 측정 및 성질은 본질적으로 물질의 임의의 내부 공극을 제거하며, 예를 들어, 물질에 어떠한 공극도 포함하지 않는다.
따라서, 세 가지 밀도 성질 사이의 관계를 설명하기 위해 다공성 발포 공(ball)(예를 들어, Nerf® 볼)의 집합을 사용할 수 있다. 컨테이너를 채우는 볼의 중량은 볼의 벌크 밀도일 것이다:
Figure pct00001
볼의 구형 체적당 단일 볼의 중량은 이의 겉보기 밀도일 것이다:
Figure pct00002
해당 물질의 잔류 체적당 공, 즉 모든 공극 체적이 제거된 공의 골격을 구성하는 물질의 중량은 실제 밀도일 것이다:
Figure pct00003
본원에 사용된 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, 실온은 25 ℃이다. 그리고, 표준 주위 온도 및 압력은 25 ℃ 및 1 기압이다.
일반적으로, 달리 명시하지 않는 한 본원에 사용된 용어 "약"은 ± 10 %의 분산 또는 범위, 언급된 값을 얻는 것과 관련된 실험적 또는 계기 오차, 및 바람직하게는 이들의 더 큰 값을 포함하는 것을 의미한다.
다른 것들 중에서도 SiC를 제조하는 방법, 고순도 SiC를 제조하는 비용 효과적이고 비용 절감된 방법, 및 SiC 및 고순도 SiC를 이용하는 장치, 기구 및 장비에 대한 오랫동안 충족되지 않은 요구가 있어 왔다. 또한, 다른 것들 중에서도초고순도, 예를 들어, 5-나인 및 더 큰 SiOC 세라믹 및 이들의 제조 방법에 대해 인식되지는 못했지만 오랫동안 충족되지 않은 요구가 있어 왔다.
본 발명은 다른 것들 중에서도 본원에 교시되고 개시되고 청구되는 조성물, 물질, 제품, 장치 및 공정을 제공함에 의해 이러한 요구를 해결한다.
따라서, 탄화규소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 무용매 액체를 제공하는 단계; 상기 액체를 경화시켜 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 경화된 물질을 제공하는 단계; 상기 경화된 물질을 150 ℃ 미만의 온도에서 갖는 단계; 상기 경화된 물질을 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 세라믹 물질로 변형시키는 단계; 및 상기 세라믹 물질로부터 본질적으로 모든 산소를 제거하는 단계를 포함한다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 조성물, 방법 및 제품이 제공된다: 액체는 약 30 내지 85 % 탄소, 약 5 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 액체는 약 50 % 내지 65 % 탄소, 약 20 % 내지 30 % 산소 및 약 15 % 내지 20 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고; CO 생성을 포함하고; CO2 생성을 포함하고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.99 % 순수하고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.999 % 순수하고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.9999 % 순수하고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.999999 % (8-나인) 순수이고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.99999 % 순수하고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 약 100 ppm 미만의 Al을 가지며; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 약 10 ppm 미만의 Al을 가지며; 상기 탄화규소는 약 1 ppm 미만의 Al을 가지며; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 약 100 ppm 미만의 B를 가지며; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 약 10 ppm 미만의 B를 가지며; 상기 탄화규소는 약 1 ppm 미만의 B를 가지며; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 총 약 1,000 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 총 약 500 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 100 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 50 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 액체는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 탄화규소는 알파 유형이고; 액체는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 탄화규소는 베타 유형이고; 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 탄화규소는 알파 유형이고; 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 탄화규소는 베타 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.9999 % 순수하고; 탄화규소는 알파 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 약 100 ppm 미만의 Al을 가지며; 탄화규소는 베타 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 약 1 ppm 미만의 Al을 가지며; 탄화규소는 베타 유형이고; 탄화규소는 베타 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 약 1 ppm 미만의 B를 가지며; 탄화규소는 베타 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 총 약 2,000 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 알파 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 총 약 500 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 알파 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 베타 유형이고; 탄화규소가 생성되고 이때 탄화규소는 총 약 50 ppm 미만의 Al, Fe, B, P 및 Pt로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 베타 유형이다.
추가로, 탄화규소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 제공하는 단계(여기서, 상기 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고, 상기 액체 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다); 상기 액체를 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 경화된 물질로 경화시키는 단계(여기서, 상기 경화된 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다); 상기 경화된 물질을 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 세라믹 물질로 변형시키는 단계(여기서, 상기 세라믹 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다); 및 상기 세라믹 물질로부터 본질적으로 모든 산소를 제거하고 이로써 SiC가 제공되는 단계(여기서, 상기 SiC는 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다)를 포함한다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 조성물, 방법 및 제품이 제공된다: 탄화규소는 다결정질이고; 탄화규소는 단결정질이고; 탄화규소는 99 % 이상 알파 유형이고; 탄화규소는 50 % 이상 베타 유형이고; 탄화규소는 퍽(puck), 브리켓(briquette), 벽돌, 환제, 디스크 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택된 형상인 것인 것이고; 탄화규소는 체적 형상(volumetric shape)인 것이고, 상기 체적 형상은 상기 탄화규소의 경도의 1/3 미만의 경도를 가지며; 탄화규소는 체적 형상이고, 상기 체적 형상은 상기 탄화규소의 경도의 1/3 미만의 경도를 가지며; 탄화규소는 50 % 이상 베타 유형이고; 액체는 약 50 % 내지 65 % 탄소, 약 20 % 내지 30 % 산소 및 약 15 % 내지 20 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이다.
또한 추가로, 탄화규소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 촉매하는 단계(여기서, 상기 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이다); 상기 촉매된 액체를 불활성 가스의 존재하에 70 ℃ 초과의 온도에서 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 고체 물질로 경화시키고 적어도 약 99.99 %의 순도를 갖는 단계; 상기 경화된 물질을 1,750 ℃ 초과의 온도에서 본질적으로 경도를 갖는 탄화규소 입자로 이루어진 세라믹 물질로 변형시키는 단계(여기서, 상기 입자는 총 10 ppm 미만의 Al, Fe 및 B를 갖는다); 및 상기 탄화규소 입자를 체적 형상으로 형성하는 단계(여기서, 상기 체적 형상은 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/4 미만의 경도를 갖는다)를 포함한다.
더욱이, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 조성물, 방법 및 제품이 제공된다: 탄화규소는 3C, 2H, 4H, 6H, 8H 및 15R로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다형이며; 체적 형상은 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되며; 체적 형상 경도는 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/10 미만이며; 체적 형상 경도는 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/20 미만이며; 탄화규소는 3C, 2H, 4H, 6H, 8H 및 15R로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다형이고; 체적 형상은 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되며; 체적 형상 경도는 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/10 미만이며; 체적 형상은 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/30 미만인 경도를 가지며; 탄화규소는 3C, 2H, 4H, 6H, 8H 및 15R로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다형이며; 체적 형상은 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되며; 체적 형상 경도는 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/10 미만이며; 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비는 약 25 % Si, 약 50 % C 및 약 25 % O이며; 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비는 약 20 % Si, 약 60 % C 및 약 20 % O이며; 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비는 약 23 % Si, 약 54 % C 및 약 23 % O이며; 탄화규소는 3C, 2H, 4H, 6H, 8H 및 15R로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다형이며; 체형 형상은 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되며; 체적 형상 경도는 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/10 미만이며; 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비는 약 22 % Si, 약 56% C 및 약 22 % O이며; 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비는 약 1.37 % Si, 약 2.73 % C 및 약 1.37 % O이다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 조성물, 방법 및 제품이 제공된다: 탄화규소의 체적 형상은 총 약 50 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 40 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 1000 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 50 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li 및 Na로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 50 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 50 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소의 체적 형상은 총 약 50 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 조성물, 방법 및 제품이 제공된다: 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Ti, Fe, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, Cr 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Mg, Li, V, Ce, Cr 및 S로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Ti, Fe, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, Cr 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소는 총 약 90 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Mg, Li, V, Ce, Cr 및 S로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 탄화규소가 생성되며 이때 상기 탄화규소는 적어도 99.9999 % 순수하며; 탄화규소는 베타 유형이다.
따라서, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물이 제공되고, 상기 조성물은 SiC4 구성을 포함하고; 상기 조성물은 표면을 한정하고, 상기 조성물 표면은 표준 주위 온도 및 압력 하에서 내산화성이며 이로써 상기 표면은 표준 주위 온도 및 압력에서 본질적으로 산화물 층이 없으며; 상기 조성물은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 총 불순물이 1 ppm 미만이다.
하기 특징 중 하나 이상을 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: SiC4 구성은 큐브 구조 및 사면체 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 상기 SiC4 구성은 육각형, 능면체 및 삼각형 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; SiC4 구성은 3C-SiC, β-SiC, 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H, 및 51R로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; SiC4 구성은 ABCABC의 적층 순서, ABAB의 적층 순서, ABCBABCB의 적층 순서 및 ABCACBABCACB의 적층 순서로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
또한 추가로, 약 2.26 eV 내지 약 3.33 eV의 밴드 갭을 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 반도체가 제공된다.
추가로, 약 2.20 eV 초과의 밴드 갭을 갖는 고순도 중합체 유래의 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 반도체가 제공된다.
또한, 약 2.26 eV 내지 약 3.33 eV의 밴드 갭을 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 반도체가 제공된다.
또한 추가로, 약 1 MV/cm 초과의 Emax를 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 전력 장치가 제공된다.
추가로, 약 1.5 MV/cm 초과의 Emax를 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 전력 장치가 제공된다.
또한 추가로, 약 2 MV/cm 초과의 Emax를 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 전력 장치가 제공된다.
더욱이, 약 2.5 MV/cm 초과의 Emax를 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 전력 장치가 제공된다.
더욱이, 2×107 cm/sec2의 포화 편향 속도(saturation drift velocity)를 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는 고주파 장치가 제공된다.
또한 추가로, 실온에서 약 4.0 W/(cm-K) 초과의 열전도율을 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로 제조된 제품이 제공된다.
또한 추가로, 실온에서 약 4.5 W/(cm-K) 초과의 열전도율을 갖는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로 제조된 제품이 제공된다.
또한 추가로, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체(friable mass)가 제공되며, 입자가 SiC4 구성을 포함하는, 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하고; 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하고; 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 GPa의 탄성 모듈러스 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며; 체적 형상은 약 2.5 g/cc 미만의 겉보기 밀도, 약 205 GPa 미만의 탄성 모듈러스 및 약 2,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며; 상기 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며, Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: 체적 형상은 표면을 한정하고, 상기 표면은 본질적으로 산화물 층이 없으며; 상기 체적 형상은 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되며; 상기 체적 형상은 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되며; 상기 체적 형상 탄성 모듈은 약 100 GPa 미만이며, 압축 강도는 약 1,000 MPa 미만이며; 상기 체적 형상 탄성 모듈은 약 100 GPa 미만이며, 압축 강도는 약 1,000 MPa 미만이며; 상기 체적 형상 탄성 모듈은 약 10 GPa 미만이며, 압축 강도는 약 500 MPa 미만이며; 상기 체적 형상 탄성 모듈은 약 10 GPa 미만이며, 압축 강도는 약 500 MPa 미만이며; 부서지기 쉬운 질량체이며 이때 불순물은 약 1 ppm 미만이며; 부서지기 쉬운 질량체이며 이때 SiC4 구성은 큐브 구조 및 사면체 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 부서지기 쉬운 질량체이며 이때 SiC4 구성은 육각형, 능면체 및 삼각형 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 부서지기 쉬운 질량체이며 이때 SiC4 구성은 3C-SiC, β-SiC, 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H, 및 51R로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 부서지기 쉬운 질량체이며 이때 SiC4 구성은 ABCABC의 적층 순서, ABAB의 적층 순서, ABCBABCB의 적층 순서 및 ABCACBABCACB의 적층 순서로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 부서지기 쉬운 질량체이며 이때 SiC4 구성은 ABCABC의 적층 순서, ABAB의 적층 순서 및 ABCBABCB의 적층 순서로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
또한 추가로, 기판 상의 에피택셜(epitaxial) 폴리실로카브 유도된 SiC 층이 제공되며, 상기 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층은 SiC4 구성을 포함하는 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로 제조되고; 상기 조성물은 표면을 한정하고, 상기 조성물 표면은 표준 주위 온도 및 압력 하에서 내산화성이며 이로써 상기 표면은 표준 주위 온도 및 압력에서 본질적으로 산화물 층이 없으며; 상기 조성물은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 총 불순물이 1 ppm 미만이며; 이로써 상기 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층은 실질적으로 1 ppm 미만의 불순물을 갖는 불순물이 없다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상을 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: 불순물은 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 불순물은 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 불순물은 Al, Fe, B, P 및 N으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 불순물은 Al, Fe, B, P 및 Na로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 불순물은 Al, Fe, B, P 및 Na로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 불순물은 Al, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 기판은 SiC로 구성되며; 상기 기판은 Si로 구성되며; 상기 기판은 타이 층(tie layer) 및 SiOC로 구성된다.
또한 추가로 기판 상의 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층이 제공되며, 상기 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층은 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체로 제조되며, 상기 SiC는 입자가 SiC4 구성을 포함하는 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하며; 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하며; 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 GPa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며; 체적 형상은 약 2.5 g/cc 미만의 겉보기 밀도, 약 205 GPa 미만의 탄성 모듈 및 약 2,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며; 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이다.
또한 추가로, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울(boule)이 제공되며, 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이는 약 1 인치를 초과하며 상기 직경은 약 2 인치를 초과하며; 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물의 부서지기 쉬운 질량체의 기상 증착에 의해 제조되고, 상기 조성물은 SiC4 구성을 포함하며; 상기 조성물은 표면을 한정하며, 상기 조성물 표면은 표준 주위 온도 및 압력 하에서 내산화성이며 이로써 상기 표면은 본질적으로 표준 주위 온도 및 압력에서 산화물 층이 없으며; 상기 조성물은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 총 불순물은 1 ppm 미만이며; 이로써 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 실질적으로 1 ppm 미만의 불순물을 갖는 불순물이 없으며, 본질적으로 마이크로파이프가 없다.
추가로, 하기 특징 중 하나를 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: 길이가 적어도 3 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 5 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 8 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 12 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 4 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 8 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 10 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 12 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 9 인치이고 길이가 적어도 4 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 10 인치이고 길이가 적어도 4 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 길이가 적어도 12 인치이고 길이가 적어도 4 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울; 및 길이가 적어도 11 인치이고 길이가 적어도 4 인치인 폴리실로카브 유도된 SiC 보울.
또한 추가로, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 제공되며, 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이는 약 1 인치를 초과하며 상기 직경은 약 2 인치를 초과하며; 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체의 기상 증착에 의해 제조되고, 상기 부서지기 쉬운 질량체는 입자가 SiC4 구성을 포함하는 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하고; 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하고; 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 GPa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며; 체적 형상은 약 2.0 g/cc 미만의 겉보기 밀도, 약 100 GPa 미만의 탄성 모듈 및 약 1,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며; 상기 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe, B, P, Ca, Mg, Na, Ni, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이며; 이로써 상기 폴리실리카브 유도된 SiC 보울은 실질적으로 마이크로파이프가 없다.
또한 추가로, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 제공되며; 상기 보울은 5 마이크로파이프/cm2 미만이며; 상기 볼은 1 마이크로파이프/cm2 미만이며; 상기 볼은 0.5 마이크로파이프/cm2 미만이며; 상기 볼은 0.1 마이크로파이프/cm2 미만이다.
추가로, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이는 약 1 인치를 초과하며 상기 직경은 약 2 인치를 초과하며, 상기 방법은 다음을 포함한다: 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 질량체의 기상 증착에 의해 제조되고, 상기 질량체는 입자가 SiC4 구성을 포함하는 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하며; 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하며; 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 Gpa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며; 체적 형상은 약 2.0 g/cc 미만의 벌크 밀도, 약 100 Gpa 미만의 탄성 모듈 및 약 1,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며; 상기 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe 및 B로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이고; 이로써 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 1 마이크로파이프/cm2 미만이다.
더욱이, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이는 약 1 인치를 초과하며 상기 직경은 약 2 인치를 초과하며, 상기 방법은 다음을 포함한다: 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체의 기상 증착에 의해 제조되고, 상기 부서지기 쉬운 질량체는 입자가 SiC4 구성을 포함하는 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하며; 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하며; 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 Gpa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며; 약 2.0 g/cc 미만의 벌크 밀도, 약 100 Gpa 미만의 탄성 모듈 및 약 1,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며; 상기 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe, B, P, Ca, Mg, Na, Ni, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물은 10 ppm 미만이고; 이로써 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 실질적으로 마이크로파이프가 없다.
따라서, 고순도 옥시탄화규소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계; 및 상기 액체를 경화된 물질로 경화시키는 단계(여기서, 상기 경화된 물질은 적어도 99.999 % 순수하다)를 포함한다.
하기 특징 중 하나 이상의 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다; 액체는 폴리실로카브 전구체 제형이며; 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이며; 액체는 약 50 % 내지 65 % 탄소, 약 20 % 내지 30 % 산소 및 약 15 % 내지 20 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이며; 경화된 물질은 적어도 99.999 % 순수하며; 경화된 물질은 적어도 99.9999 % 순수하며; 경화된 물질은 약 100 ppm 미만의 Al을 가지며; 경화된 물질은 약 10 ppm 미만의 Al을 가지며; 경화된 물질은 약 1 ppm 미만의 Al을 가지며; 경화된 물질은 약 10 ppm 미만의 B를 가지며; 경화된 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Ti, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 가지며; 경화된 물질은 총 약 50 ppm 미만의 Al, Ti, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다.
또한 추가로, 옥시탄화규소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계; 상기 액체를 경화된 물질로 경화시키는 단계; 및 상기 경화된 물질을 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 세라믹 물질로 변형시키는 단계를 포함한다.
추가로, 하기 특징 중 하나 이상의 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: 세라믹 물질은 퍽, 브리켓, 벽돌, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택된 형상인 것인 것이고; 상기 세라믹 물질은 체적 형상이고, 상기 체적 형상은 상기 세라믹 물질의 경도의 1/3 미만의 경도를 가지며; 상기 세라믹 물질은 체적 형상인 것이고, 상기 체적 형상은 상기 세라믹 물질의 경도의 1/4 미만의 경도를 갖는다.
더욱이, 옥시탄화규소의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계(여기서, 상기 증류된 액체는 실질적으로 불순물이 없다); 상기 증류된 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 경화된 물질로 경화시키는 단계(여기서, 상기 경화된 물질은 실질적으로 불순물이 없다); 및 상기 경화된 물질을 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 고체 물질로 열분해시키는 단계를 포함한다.
또한 추가로, 하기 특징 중 하나 이상의 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: 증류된 액체를 제2 액체와 결합시키고; 증류된 액체를 폴리실로카브 전구체와 결합시키고; 경화된 물질 내의 규소 대 탄소 대 산소의 비는 약 25 % Si, 약 50 % C 및 약 25 % O이며; 경화된 물질 내의 규소 대 탄소 대 산소의 비는 약 20 % Si, 약 60 % C 및 약 20 % O이며; 경화된 물질 내의 규소 대 탄소 대 산소의 비는 약 23 % Si, 약 54 % C 및 약 23 % O이며; 경화된 물질 내의 규소 대 탄소 대 산소의 비는 약 22 % Si, 약 56% C 및 약 22 % O이며; 경화된 물질 내의 규소 대 탄소 대 산소의 비는 약 1.37 % Si, 약 2.73 % C 및 약 1.37 % O이며; 열분해된 물질은 적어도 99.99 % 순수하며; 열분해된 물질은 적어도 99.999 % 순수하며; 열분해된 물질은 적어도 99.9999 % 순수하다.
또한 추가로, 옥시탄화규소의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 액체를 증류시켜 실질적으로 불순물이 없는 증류된 액체를 제공하는 단계; 및 상기 증류된 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 경화된 물질로 경화시키는 단계(여기서, 상기 경화된 물질은 실질적으로 불순물이 없다)를 포함한다.
또한 추가로, 고순도 물질의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 액체를 제공하는 단계; 상기 액체를 증류시켜 증류된 액체를 제공하는 단계; 상기 증류된 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 경화된 물질로 경화시키는 단계; 및 상기 액체를 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 세라믹 물질로 열분해시키는 단계를 포함한다.
더욱이, 고순도 물질의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소 및 탄소를 포함하는 액체를 제공하는 단계; 상기 액체를 증류시켜 증류된 액체를 제공하는 단계; 및 상기 증류된 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 경화된 물질로 경화시키는 단계를 포함한다.
또한 추가로, 옥시탄화규소의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계; 상기 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 제1 물질로 변형시키는 단계; 및 본질적으로 모든 산소를 상기 제1 물질로부터 제거하며 이로써 제2 물질이 제공되는 단계를 포함한다.
또한 추가로, 고순도 옥시탄화규소의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계; 및 상기 액체를 본질적으로 규소, 산소 및 탄소로 이루어진 고체 물질로 변형시키는 단계를 포함한다.
또한 추가로, 옥시탄화규소의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 규소, 탄소 및 산소의 양을 포함하는 물질을 제공하는 단계(여기서, 상기 물질은 액체이다); 상기 액체를 증류시켜 실질적으로 불순물이 없는 증류된 액체를 제공하는 단계; 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 수행함에 의해 상기 물질을 변형시키는 단계(여기서, 상기 제1 세그먼트는 O, Si 및 C를 포함하는 경화된 물질을 제공하고, 상기 제2 세그먼트는 O, Si 및 C를 포함하는 세라믹 물질을 제공한다)를 포함하고; 이로써 상기 세라믹 물질은 적어도 약 99.99 % 순수하다.
하기 특징 중 하나 이상을 갖는 방법, 조성물 및 제품이 제공된다: 폐-가스가 생성되고 수집되고 취급되며; 상기 폐-가스 취급은 애프터버너(afterburner)에서 폐-가스를 연소시키는 단계, 상기 폐-가스로부터 출발 물질을 회수하는 단계 및 상기 폐-가스를 스크러빙하는 단계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 공정이다.
도 1은 본 발명에 따른 공정 흐름 다이아그램의 양태이다.
도 2a는 본 발명에 따른 단일 입방체 구조의 중합체 유도된 SiC의 측면 투시도이다.
도 2b는 도 2a의 SiC 입방체 구조의 상면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 사면체 구조의 중합체 유도된 SiC의 측면 투시도이다.
도　3b는 도 3a의 SiC 사면체 구조의 상면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 3-상 다이어그램 차트이다.
도　4a는 본 발명에 따른 제형의 양태의 영역을 도 4의 3-상 차트 상에 나타낸다.
도　4b는 본 발명에 따른 공정의 양태 동안 발생하는 변형의 양태를 도 4의 3-상 차트 상에 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 중합체 유도된 SiOC 및 SiC를 제조하기 위한 시스템의 일 양태의 개략적인 다이아그램이다.
도 6은 본 발명에 따른 중합체 유도된 SiC의 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명에 따른 기상 증착 장치의 개략적인 단면 다이아그램이다.
도 8은 본 발명에 따른 기상 증착 장치의 개략적인 단면 다이아그램이다.
도 9는 본 발명에 따른 기상 증착 장치의 개략적인 단면 다이아그램이다.
도 10은 SiC, Si2C, 및 SiC2에 대한 분압 경화이다.
일반적으로, 본 발명은 유기규소 화학 물질, 중합체 유도된 세라믹 물질 및 방법에 관한 것이며, 특히 양호하고 높고 극도로 높은 순도를 갖는 폴리실로카브(SiOC) 및 탄화규소(SiC) 물질 및 이를 제조하는 방법; 및 SiOC 및 SiC 성분, 구조물 및 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 특히, 본 발명의 양태는 폴리카보네이트 물질로부터 고순도 SiC, SiC 장치 및 SiC 함유 장치 및 장비의 제조에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 종래 규소계 생성물로는 얻을 수 없었던 많은 다양한 제형, 적용분야 및 용도를 갖는 새로운 물질 시스템 및 플랫폼(platform)을 제공하며, 특히 다른 것들 중에서도 허용가능한 비용, 체적, 제조 조건, 순도 수준, 취급 요건 및 처리 조건에서 종래 규소계 생성물 수득될 수 없었다.
일반적으로, 본 발명은 "폴리실로카브" 물질, 예를 들어, 규소(Si), 산소(O) 및 탄소(C)를 함유하는 물질, 및 이러한 물질로부터 다양한 형태의 SiC로 전환된 물질에 관한 것이다. 폴리실로카브 물질은 또한 다른 원소를 함유할 수 있다. 폴리실로카브 물질은 하나 이상의 폴리실로카브 전구체 제형 또는 전구체 제형으로부터 제조된다. 상기 폴리실로카브 전구체 제형은 하나 이상의 관능화된 규소 중합체 또는 단량체 뿐만 아니라 잠재적으로 다른 성분, 예를 들어, 억제제, 촉매, 개시제, 개질제, 도판트 및 이들 및 다른 물질 및 첨가제의 조합 및 변형을 함유한다. 옥시탄화규소 물질, 또는 SiOC 조성물 및 유사한 용어는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, Si, O 및 C를 함유하는 플라스틱 또는 고체 물질로 경화 된 폴리실로카브 물질을 언급하고 Si, O 및 C를 함유하는 세라믹 물질로 열분해된 폴리실로카브 물질을 언급한다.
폴리실로카브 제형, 공정 및 방법, 적용분야, 생성물 및 제품은 2014년 5월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제14/268,150호, 2015년 2월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제14/634,814호 및 2014년 3월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제14/212,896호에 교시 및 개시되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 본원에 참조로 인용된다.
전형적으로 그리고 바람직하게는, 폴리실로카브 전구체 제형은 초기에는 액체이다. 이어서 이 액체 폴리실로카브 전구체 제형은 경화되어 고체 또는 반-고체 물질, 예를 들어, 플라스틱을 형성한다. 폴리실로카브 전구체 제형은, 예를 들어, 예비성형체, 미가공 물질(green material) 또는 미가공 경화(물질의 색상에 대해 어떠한 암시도 없음)로도 언급될 수 있는 부분적으로 경화된 물질을 제공하기 위해 초기 경화를 통해 가공될 수 있다. 이어서 미가공 물질을 추가로 경화시킬 수 있다. 따라서, 하나 이상의 경화 단계가 사용될 수 있다. 상기 물질은 "최종 경화"될 수 있는데, 즉 상기 물질이 이의 의도된 목적에 필요한 물리적 강도 및 다른 성질을 갖는 지점까지 경화될 수 있다. 경화의 양은 화학 반응의 전부 또는 본질적으로 전부가 중단된 지점(예를 들어, 물질 내 반응성 그룹의 부재 또는 반응성 그룹의 시간 경과에 따른 감소의 평준화(leveling off)에 의해 측정됨)까지 최종 경화 (또는 "경질 경화")될 수 있다. 따라서, 상기 물질은 의도된 용도 및 목적에 따라 다양한 정도로 경화될 수 있다. 예를 들어, 일부 상황에서는 최종 경화 및 경질 경화가 동일할 수 있다.
경화는 표준 주위 온도 및 압력( "SATP", 1기압, 25 ℃), 이 온도보다 높거나 낮은 온도, 상기 압력보다 높거나 낮은 압력에서, 및 다양한 기간(연속될 뿐만 아니라 순환되는데, 예를 들어, 가열에 이어 냉각 및 재가열)에서 1분 미만 내지 수분, 수시간, 수일(또는 잠재적으로 더 긴) 및 공기 중, 액체 중 또는 미리 선택된 대기, 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 중에서 수행될 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형은 비-강화된, 비-충전된, 복합, 강화된 및 충전된 구조, 중간체 및 최종 생성물, 및 이들 및 기타 유형의 물질의 조합 및 변형으로 제조될 수 있다. 또한, 이러한 구조, 중간체 및 최종 생성물은 세라믹, 및 이들의 조합 및 변형(예를 들어, 경화된 물질은 경화된 물질과 동일한 폴리실로카브로부터 유도된 열분해된 비드로 충전될 수 있다)으로 경화(예를 들어, 미가공 경화, 최종 경화 또는 경질 경화), 미경화, 열분해될 수 있다.
전구체 제형을 사용하여 "순수(neat)" 물질을 형성할 수 있다("순수" 물질이란, 모든 구조 및 본질적으로 모든 구조가 전구체 물질 또는 미충전된 제형으로 제조되며, 따라서 충전제 또는 보강재는 존재하지 않음을 의미한다). 이들은 복합 물질, 예를 들어, 보강된 생성물을 형성하는데 사용될 수 있다. 이들을 사용하여 비-보강된 물질을 형성할 수 있는데, 이는 주로 본질적으로 그리고 바람직하게는 전구체 물질로만 구성된 물질이며, 예를 들어, 전구체 물질만을 갖는 착색된 폴리실록산 구조이며 착색제는 비-보강 물질로 간주된다.
폴리실로카브 전구체 제형을 구조, 부분, 중간체 또는 최종 생성물로 제조하는데 있어서, 폴리실로카브 제형은, 예를 들어, 평면 형상(여전히 체적은 있지만, 코팅, 스킨, 필름 또는 심지어 카운터 탑과 유사하며 여기서 두께는 크기가 작지 않은 경우 다른 치수보다 훨씬 작다) 및 이들의 조합 및 변형을 포함하여 분무, 유동, 중합체 에멀젼 처리, 열 분무, 페인팅, 몰딩, 성형, 압출, 방사, 강하, 사출 또는 그렇지 않으면 본질적으로 임의의 체적 형상으로 조작될 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형은 보강 물질과 함께 사용되어 복합 물질을 형성할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 제형은 탄소 섬유, 유리 섬유, 직포, 부직포, 단섬유(chopped fiber), 금속 분말, 금속 발포체, 세라믹 발포체, 섬유, 로프, 꼰 구조(braided structure), 세라믹 분말, 유리 분말, 탄소 분말, 흑연 분말, 세라믹 섬유, 금속 분말, 탄화물 펠렛 또는 성분, 스테이플 섬유, 토우, 상기의 나노구조물, 중합체 유도된 세라믹스, 공정 및 최종 생성물의 온도 요건을 충족시키는 임의의 기타 물질 및 이들의 조합 및 변형과 같은 보강 물질로 유입되거나, 합침되거나, 흡수되거나 그렇지 않으면 결합될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 보강된 물질은 기존의 플라스틱 및 세라믹 복합 물질과 함께 사용되거나 사용가능할 수 있는 고온 내성 보강된 물질 중 어느 하나 일 수 있다. 또한, 폴리실로카브 전구체 제형이 보다 낮은 온도의 경화(예를 들어, SATP) 또는 예를 들어, 약 100 ℉ 내지 약 400 ℉의 경화 온도로 제형화될 수 있기 때문에, 보강 물질은 중합체, 유기 중합체, 예를 들어, 나일론, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 뿐만 아니라 NOMEX 또는 KEVLAR과 같은 아라미드 섬유일 수 있다.
보강된 물질은 또한 섬유로 형성되고 세라믹으로 열분해된 제형과 동일한 물질로부터 제조되거나 이로부터 유도될 수 있거나, 또는 섬유로 형성되고 세라믹으로 열분해된 상이한 전구체 제형 물질로부터 제조될 수 있다. 보강 물질로서 사용될 수 있는 전구체 제형 물질로부터 유도된 세라믹 섬유 이외에, 전구체 제형 물질로부터 유도된 다른 다공성, 실질적으로 다공성 및 비-다공성 세라믹 구조가 사용될 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형은 충전된 물질을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 충전된 물질은 다른 고체 또는 반고체 물질을 갖는 임의의 물질 또는 폴리실로카브 전구체 제형에 첨가된 물질일 것이다. 상기 충전제 물질은 경화된 생성물, 세라믹 생성물 또는 둘 다에 특정 특징을 제공하도록 선택될 수 있다. 이러한 특징은 미학적, 촉각적, 열적, 밀도, 방사선, 화학적, 자기, 전기 및 이들 및 기타 특징의 조합 및 변형과 관련될 수 있거나, 이것일 수 있다. 이러한 특징은 강도에 추가적일 것일 수 있다. 따라서, 충전제 물질은 경화된 또는 세라믹 물질의 강도에 영향을 주지 않을 수 있고, 강도를 증가시키거나, 일부 상황에서 강도를 감소시킬 수 있다.
충전제 물질은, 예를 들어, 전기 저항, 자기 능력, 밴드 갭 특징, p-n 접합 특징, p-유형 특징, n-유형 특징, 도펀트, 전도도, 반도체 특징, 대전 방지, 광학 성질(예를 들어, 반사율, 굴절률 및 은화), 화학 저항, 내부식성, 내마멸성, 내마모성, 열 절연, UV 안정성, UV 차단, 및 최종 생성물 또는 물질에 바람직하고 필요할 수 있으며 이 둘 다일 수 있는 다른 특징을 부여, 제어 또는 개선시킬 수 있다.
따라서, 충전제 물질은 구리 리드 와이어, 열 전도성 충전제, 전기 전도성 충전제, 납, 광섬유, 세라믹 착색제, 안료, 산화물, 염료, 분말, 세라믹 미립자, 중합체 유도된 세라믹 입자, 기공-형성제, 카보실란, 실란, 실라잔, 탄화규소, 카보실라잔, 실록산, 금속 분말, 세라믹 분말, 금속, 금속 착물, 탄소, 토우, 섬유, 스테이플 섬유, 붕소 함유 물질, 밀링된 섬유, 유리, 유리 섬유, 섬유 유리 및 나노 구조물(전술한 나노구조물을 포함함) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분쇄된 중합체 유도된 세라믹 입자, 예를 들어, 미립자 또는 비드를 폴리실로카브 제형에 첨가한 다음 경화시켜 충전된 경화된 플라스틱 물질을 형성할 수 있으며, 상기 물질은 코팅으로서 또는 장치 또는 장치의 구성요소로 중요한 내화성을 갖는다.
폴리실로카브 제형 및 상기 제형으로부터 유도되거나 제조된 생성물은 금속 및 금속 착물을 가질 수 있다. 따라서, 산화물, 탄화물 또는 규화물과 같은 금속은 전구체 제형으로, 따라서 제어된 방식으로 실리카 매트릭스로 도입될 수 있다. 따라서, 전이 금속의 유기금속성 금속 할로겐화물(염화물, 브롬화물, 요오드화물), 금속 알콕사이드 및 금속 아미드 화합물을 사용한 다음 전구체 제형에 혼입함으로써 실리카 매트릭스 내에서 공중합시키는 것이 고려된다.
예를 들어, 전이 금속의 사이클로펜타디에닐 화합물이 사용될 수 있다. 전이 금속의 사이클로펜타디에닐 화합물은 두 가지 부류로 분류될 수 있다: 비스-사이클로펜타디에닐 착물; 및 모노-사이클로펜타디에닐 착물. 사이클로펜타디에닐 착물은 C5H5, C5Me5, C5H4Me, CH5R5(여기서, R = Me, Et, 프로필, i-프로필, 부틸, 이소부틸, 2급-부틸)을 포함할 수 있다. 이 경우 Si는 사이클로펜타디에닐 리간드에 직접 결합될 수 있거나 Si 중심은 사이클로펜타디에닐 리간드에 결합된 알킬 쇄에 부착될 수 있다.
전구체 제형과 함께 그리고 생성물에서 사용될 수 있는 사이클로펜타디에닐 착물은 제1 행 전이 금속(티탄, 바나듐, 크롬, 철, 코발트, 니켈); 제2 행 전이 금속(지르코늄, 몰리브덴, 루테늄, 로듐, 팔라듐); 제3 행 전이 금속(하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 이리듐, 오스뮴, 백금); 란탄 계열(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho); 및 악티늄 계열(Ac, Th, Pa, U, Np)의 비스-사이클로펜타디에닐 금속 착물을 포함할 수 있다.
모노사이클로펜타디에닐 착물은 또한 전구체 제형에 금속 작용기를 제공하기 위해 이용될 수 있으며, 바람직하게는 적절한 리간드(예를 들어, 클로라이드 또는 카보닐)와 안정화되는 경우 제1 행 전이 금속(티탄, 바나듐, 크롬, 철, 코발트, 니켈); 제2 행 전이 금속(지르코늄, 몰리브덴, 루테늄, 로듐, 팔라듐); 제3 행 전이 금속(하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 이리듐, 오스뮴, 백금)의 모노사이클로펜타디에닐 착물을 포함할 것이다.
금속의 알칼리 착물은 또한 전구체 제형 및 생성물에 금속 작용기를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 알킬 착물에서 Si 중심은 시그마 결합을 통해 직접 전이 금속에 결합할 수 있는 알킬 그룹(에틸, 프로필, 부틸, 비닐, 프로페닐, 부테닐)을 갖는다. 또한, 이는 Pd, Rh, Pt, Ir과 같은 후속 전이 금속에서 보다 일반적일 것이다.
금속의 배위 착물이 또한 전구체 제형 및 생성물에 금속 작용기를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 배위 착물에서, Si 중심은 Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni의 카보닐 착물 또는 엔(ene) 착물에 결합할 수 있는 불포화 알킬 그룹(비닐, 프로페닐, 부테닐, 아세틸렌, 부타디에닐)을 갖는다. Si 중심은 또한 페닐, 치환된 페닐 또는 다른 아릴 화합물(피리딘, 피리미딘)에 부착될 수 있고 페닐 또는 아릴 그룹은 금속 중심 상의 카보닐을 치환할 수 있다.
금속 알콕사이드는 또한 전구제 제형 및 생성물에 금속 작용기를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 금속 알콕사이드 화합물은 규소 전구체 화합물과 혼합한 다음 물과 함께 처리하여 중합체와 동시에 산화물을 형성하고 공중합시킬 수 있다. 이는 또한 금속 할라이드 및 금속 아미드로 수행할 수 있다. 바람직하게는 이는 알루미늄, 갈륨 및 인듐과 함께 전(early) 전이 금속, 후(later) 전이 금속: Fe, Mn, Cu 및 알칼리 토금속: Ca, Sr, Ba, Mg를 사용하여 수행 할 수 있다.
Si가 할라이드 또는 유기 그룹에 의해 안정화된 금속 중심에 직접 결합된 화합물은 또한 전구체 제형 및 생성물에 금속 작용기를 제공하는데 이용될 수 있다.
추가로, 금속 및 금속 착물은 열분해 또는 이후의 열처리 후에 연속 상일 수 있음을 이해해야 한다. 제형은 선택된 금속과 동일 반응계에서 반응하여 금속 탄화물, 산화물 및 일반적으로 서멧(예를 들어, 세라믹 금속 화합물)으로 공지된 다른 금속 화합물과 형성하도록 특별히 설계될 수 있다. 상기 제형은 선택된 금속과 반응하여 동일 반응계에서 멀라이트, 알루미노 실리케이트 등과 같은 화합물을 형성할 수 있다. 제형 또는 최종 생성물 내의 실리카의 양에 대한 금속의 양은 약 0.1 몰 % 내지 99.9 몰 %, 약 1 몰 % 이상, 약 10 몰 % 이상 및 약 20 몰 % 이상일 수 있다. 본 발명의 전구체 제형과 함께 금속의 상기 사용은 미리 결정된 화학양론을 제어하고 제공하는데 사용될 수 있다.
폴리실로카브 배치는 또한 금속, 세라믹 및 무기 매트릭스용 결합제와 같은 복합 구조에서 결합제로 사용될 수 있다.
충전된 물질에는 보강된 물질이 포함된다. 많은 경우에, 경화된 그리고 열분해된 폴리실로카브 충전된 물질도 복합 물질로 볼 수 있다. 일반적으로, 이 관점 하에서 폴리실로카브는 벌크 또는 매트릭스 상(예를 들어, 연속 또는 실질적으로 연속 상)을 구성하고, 충전제는 분산된(예를 들어, 비-연속) 상을 구성할 것이다.
그러나, "충전"되거나 "보강된"과 같은 물질을 언급하는 것은 물질의 대다수(중량, 체적 또는 둘 다에 의한)가 폴리실로카브를 의미하는 것이 아님을 주목해야 한다. 따라서, 일반적으로, 폴리실로카브 대 충전제 물질의 비(중량 또는 체적)는 약 0.1:99.9 내지 99.9:0.1일 수 있다. 더 적은 양의 충전제 물질 또는 폴리실로카브도 존재하거나 이용될 수 있지만, 보다 전형적으로 첨가제로 여겨지거나 또는 다른 방식으로 언급될 수 있다. 따라서, 용어 복합, 충전된 물질, 폴리실로카브 충전된 물질, 보강 물질, 폴리실로카브 보강 물질, 폴리실로카브 보강 물질, 폴리실로카브 보강된 물질 및 이와 유사한 용어는 물질 구성의 양 및 비에 대해 비제한적인 것으로 간주되어야 하며, 따라서 이 맥락에서 가능한 한 가장 넓은 의미를 부여해야 한다.
특정 적용분야, 생성물 또는 최종 용도에 따라, 충전제는 전구체 제형 내에 균일하게 분포되고, 불균일하게 분포되고, 미리 결정된 침강 속도를 가질 수 있으며, 상이한 제형에서 상이한 양을 가질 수 있으며, 이어서 미리 정해진 영역, 예를 들어, 충전제 농도가 상이한 줄무늬 층에서 미리 결정된 양의 충전제를 갖는 생성물로 형성될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, %, 중량% 및 질량%라는 용어는 상호교환적으로 사용되며 제1 성분의 중량을, 예를 들어, 제형, 혼합물, 물질 또는 생성물과 같은 총 중량의 %로서 언급한다. 본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, "체적 %" 및 "% 체적" 및 이와 유사한 용어는 제1 성분의 체적을 예를 들어, 제형, 물질 또는 생성물과 같은 총 체적의 %로서 언급한다.
제조 공정 동안에 다양한 시점에서, 폴리실로카브 구조, 중간체 및 최종 생성물, 및 이들의 조합 및 변형은 기계가공, 밀링, 몰딩, 성형, 드릴링 또는 다른 기계적으로 가공 및 성형될 수 있다.
전구체 제형은 바람직하게는 투명하거나 본질적으로 무색이며 일반적으로 가시 파장의 광에 투과성이다. 이들은 제형에 따라 탁한, 유백색 또는 흐린 외관을 가질 수 있다. 또한 이들은 색소, 안료 또는 착색제 뿐만 아니라 색상 충전제(세라믹 도자기 유약에 사용되는 것과 같은 세라믹 최종 생성물의 경우 열분해에서 살아남을 수 있음)를 가질 수 있다. 전구체는 또한 착색제를 첨가할 필요 없이 황색 또는 호박색 또는 옆은 색조를 가질 수 있다.
전구체 제형은, 생성물, 예를 들어, 구조 또는 부품 형성시에 이후에 사용하기 위해 포장, 선적 및 저장될 수 있거나, 또는 이들은 이러한 공정, 예를 들어, 생성물을 제조하기 위한 연속 공정에 직접 사용될 수 있다. 따라서, 전구체 제형은, 예를 들어, 55 갤론 드럼, 탱크 트럭, 유조화차(rail tack car), 수백 갤런을 수용할 수 있는 현장 저장 탱크 및 1,000 리터를 수용하는 선적용 토트(tote)에 저장 될 수 있다. 또한, 제조 공정에서, 상기 제형은 연속적 및 반-연속적 공정으로 제조되고 사용될 수 있다.
본 발명의 제형은 다른 것들 중에서도 미리 결정된 특정 성능 기준을 충족시키는 공정 성질 및 최종 생성물 성능 특징을 갖는 공정, 시스템, 세라믹 설계에 있어 상당한 융통성을 제공한다. 따라서, 예를 들어, 전구체 제형의 점도는 보강 물질의 특정 모폴로지에 매치하기 위해 제형에 의해 미리 결정될 수 있으며, 전구체 제형의 경화 온도는 프리프레그가 연장된 저장 수명을 갖도록 제형에 의해 미리 결정될 수 있다. 전구체 제형의 점도는 전구체가 프리프레그의 보강 물질 내로 용이하게 유입되는 동시에 전구체 제형이 보강 물질의 배수 또는 흘러 넘침을 방지하기에 충분히 두껍도록 설정될 수 있다. 전구체 제형의 제형은 또한, 예를 들어, 경화된 예비성형체의 강도가 열분해 전에 예비성형체의 거친 또는 초기 기계가공을 허용하기에 충분할 수 있다.
화학 반응이 원료로부터 최종 생성물에 이르는 다양한 공정 단계에서 발생하는 경우 맞춤형 및 미리 결정된 제어는 비용 절감, 증가된 공정 제어, 증가된 신뢰성, 증가된 효율, 향상된 생성물 특징, 증가된 순도 및 이들 및 다른 이점의 조합 및 변형을 위해 제공될 수 있다. 화학 반응이 일어나는 순서는 주로 전구체의 가공 또는 제조, 및 전구체 제형의 가공 또는 제조에 기초할 수 있으며, 또한 경화 및 열분해 조건에 기초할 수 있다. 또한, 이러한 단계, 제형 및 조건의 맞춤형 및 미리 결정된 선택은 화학 반응, 분자 배열 및 재배열, 및 바람직하게 미리 결정되고 제어된 미세구조 배열 및 재배열을 통해 향상된 생성물 및 가공 특징을 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 공정 및 시스템들의 몇몇 양태를 갖는 집합 적 양태에 대한 공정 흘름 차트 100이 제공된다. 따라서, 폴리실로카브 전구체 제형이 제조되는 전구체 보충 세그먼트 101이 존재한다. 액체 전구체 제형 103a가 후속 세그먼트를 위해 제조되는 성형 및 분배 세그먼트 102가 존재한다.
액체 전구체 103a가 실질적으로 고체, 바람직하게는 고체인 경화된 물질 103b로 경화되는 경화 세그먼트 104가 존재한다. 경화된 물질 103b가 바람직하게는 SiOC 또는 SiC, 보다 바람직하게는 고순도 및 매우 고순도 SiOC 또는 SiC인 세라믹 103c로 전환되는 열분해 세그먼트 105가 존재한다. 세라믹 103c가 추가로 처리되는, 예를 들어, 세척, 펠렛화, 추출, 분쇄, 체질되는 등의 후-처리 세그먼트 108이 존재한다. SiOC 세라믹 114는 중간 및 최종 생성물을 제조하기 위해 그리고 다양한 적용분야를 위해 임의의 수(도면에서 "n")의 다른 세그먼트 106에서 사용될 수 있다. 유사하게, 후-처리된 세라믹 SiOC 114p는 중간 및 최종 생성물을 제조하기 위해 그리고 다양한 적용분야를 위해 임의의 수(도면에서 "n")의 다른 세그먼트 109에서 사용될 수 있다. 세그먼트 106 및 109는 동일하거나 상이한 세그먼트일 수 있는 것으로 이해된다. 세라믹 SiC 113은 중간 및 최종 생성물을 제조하기 위해 그리고 다양한 적용분야를 위해 임의의 수의 다른 세그먼트 107에서 사용될 수 있다. 유사하게, 후-처리된 세라믹 SiC 113p는 세그먼트 110에서, 예를 들어, 소결 공정을 사용할 수 있다. 후-처리된 세라믹 SiC 113p는 세그먼트 111에서, 예를 들어, 증기 증착 공정을 사용하여 세그먼트 112에 대한 SiC의 보울을 형성하여 다른 것들 중에서도 반도체에 사용하기 위한 SiC 웨이퍼로의 가공에 사용될 수 있다. 후-처리 세라믹 SiC 113p는 중간 및 최종 생성물을 제조하기 위해 그리고 다양한 적용분야를 위해 임의의 수 (도면에서 "n")의 다른 세그먼트 115에서 사용될 수 있다.
본 발명의 많은 이점들 중 하나는 세그먼트 106, 107, 109, 110, 111 및 115가 일반적으로 상호교환 가능하다는 것이다. 또한, 이러한 세그먼트는 전통적으로 Si에 대한 공정, 방법, 적용분야 및 용도일 수 있다. 따라서, 본 발명의 많은 이점들 중 하나는 SiOC, SiC 및 SiOC와 SiC의 조합물, 특히 고순도 및 초고순도 SiOC, SiC 및 이들의 조합물을 Si 중간체 생성물, Si 최종 생성물, Si 적용분야 및 Si 용도에서 그리고 이를 위해; 특히 SiC가 경제적, 순도 및 다른 이론적 이유로 실행가능하지 않다고 이전에 여겨졌던 Si 적용분야를 위해 사용하는 능력이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 많은 이점들 중 하나는 SiC의 순도 요구 수준을 Si와 동일하거나 이보다 더 우수한 성능, 예를 들어, 특징, 기능으로 수득하는 능력이다. 또한, 본 발명의 많은 이점들 중 하나는 Si가, 예를 들어, 고온 센서 등 및 새로운 적용분야 및 용도에서 불량하게 수행되거나 기능하거나 전혀 기능하지 않는 중간 생성물, 최종 생성물 및 적용분야 및 용도에서 SiOC 또는 SiC를 사용하는 능력이다.
고순도 및 초고순도 적용분야에서, 전구체 제제 세그먼트 101 및 102, 예를 들어, 이의 장비 및 절차는 출발 물질의 임의의 오염물(예를 들어, 최종 생성물에서 불순물로 보이는 물질)을 예를 들어, 제거, 회피, 방지해야 하며 이들의 조합 및 변형도 가능하다. 따라서, 하나의 양태에서, 세그먼트는 하기 물질: B, Na, Al, P, Fe, 중금속 및 할로겐 등을 함유하지 않을 수 있다(예를 들어, 거의 함유하지 않으며, 본질적으로 함유하지 않으며, 전적으로 함유하지 않음). 증류, 이온 교환 여과 및 기타 유형의 정제 기술을 사용하여 출발 물질 및 원료로부터 불순물을 제거할 수 있다.
세그먼트 105, 106, 107, 108, 109, 110, (및 또 다른 세그먼트와 결합되는 정도까지 104)에서, 가열 장비, 예를 들어, 사용될 수 있는 노(furnace)는, 예를 들어, 열분해 및 SiC로의 전환을 위해 2,900 ℃ 이하, 약 2,800 ℃ 이하, 2,300 ℃ 이상 및 바람직하게는 약 1,200 ℃ 내지 약 2,800 ℃ 범위의 바람직한 온도에 도달하고 이를 유지할 수 있는 임의의 유형의 노일 수 있다. 상기 공정에서 경화 단계(예를 들어, 세그먼트 104)를 위한 가열 장비는 경화 온도에 도달하여 액체 중합체 유도된 세라믹 전구체 물질, 예를 들어, 액체 SiOC 제형을 고체 또는 반고체 물질, 예를 들면, 경화된 물질로 경화시킬 수 있는 임의의 노일 수 있다. 따라서, 하나의 노는 액체 중합체 유도된 세라믹으로부터 SiC로 전체 공정을 수행하는데 사용될 수 있거나, 2개 또는 3개의 상이한 노가 사용될 수 있다. 하나의 양태에서, 하나의 노는 액체 전구체를 경화된 SiOC 물질로 경화시키는데 사용되며, 제2의 상이한 노는 SiOC 물질을 SiC로 변형시키는데 사용된다.
바람직하게는 SiOC 생성, SiC 생성, 소결, 압축, 광학 형성, 보올 생성, 신호 결정 성장, 결정 층 형성, 층 형성, 코팅 또는 웨이퍼 생산과 같은 고순도 및 초고순도 적용분야, 물질 및 용도에 있어서 가열 장비, 예를 들어, 노는 최종 생성물에서 불순물로 간주되는 어떠한 물질도 실질적으로 함유하지 않으며, 보다 바람직하게는 이를 함유하지 않는다. 예를 들어, 가열 장비, 및 특히 내부 구성요소 및 내부 구성요소와 통류는 모든 구성요소는 하기 물질: B, Na, Al, P, Fe, 및 중금속 등을 함유하지 않을 수 있다(예를 들어, 거의 함유하지 않고, 본질적으로 함유하지 않으며, 전적으로 함유하지 않음). 중합체 유도된 세라믹 물질을 가공하기 전에 임의의 불순물 또는 오염물을 제거하기 위해 노로 세정 또는 퍼징 사이클을 실행할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 진공, 고온 가열 사이클, 아르곤과 같은 불활성 가스로의 퍼징 및 이들 단계의 조합 및 변형이 바람직하게는 노가 오염물을 함유하지 않도록 하기 위해 사용될 수 있다.
예로서, 이들 노는 RF 노, 마이크로파 노, 상자 노, 튜브 노, 결정-성장 노, 아크 용융 노, 유도 노, 킬른, MoSi2 가열 요소(element) 노, 가스-연소 노, 탄소 노, 진공 노를 포함할 수 있다. 노는 특정 물질이 고온에서 서로 접촉하지 못하도록 스페이스 물질(spacer material)을 함유할 수 있다. 예를 들어, 고온( > 1500 ℃)에서 알루미나와 접촉하는 흑연은 최종 생성물에서 알루미늄 오염을 초래할 수 있으며 따라서 스페이서를 사용하여 이것이 발생하는 것을 최소화, 완화 또는 방지 할 수 있다. 바람직하게는, 노 구성요소는 모두 고순도 흑연으로부터 제작된다. 이들은 또한 고순도 SiC로 제작되거나 코팅될 수 있다.
세그먼트 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110에서 노는, 노 내의 환경, 특히 경화, 열분해 또는 전환되는 물질에 인접한 환경을 제어하거나 제어하는 장비와 장치를 갖추고 있을 수 있다. 따라서, 진공 조건, 감압, 미리 선택된 대기(예를 들어, 아르곤), 유동 또는 스위핑 가스 스트림, 및 이들의 조합 및 변형을 제공하는 장비가 사용될 수 있다. 이러한 시스템 및 장치는 오염물 또는 불순물을 함유하지 않아야 하며 이들이 노 내로, 특히 처리되는 물질 내로 도입되는 것을 최소화하고 바람직하게 방지되도록 제작되어야 한다.
많은 중합체 유도된 세라믹 물질, 특히 일부 SiOC 물질을 사용하면, 열분해 및 전환 동안에 물질로부터 폐-가스 처리가 일어날 수 있다. 일부 상황에서, 생성된 폐-가스는 인화성일 수 있고, 가치있는 회수가능한 물질(예를 들어, Si) 및 이들의 조합을 가질 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 노는 가스 스트림(예를 들어, 세정기) 및 이들의 조합으로부터 가치있는 모든 물질을 제거하고 회수할 수 있는 폐-가스 스트림(예를 들어, 애프터버너)으로 인화성 문제를 완화할 수 있는 폐-가스 취급 장치 및 기타 폐-가스 또는 가스 스트림 처리 및 취급 장비 및 장치를 갖추고 있다.
도 1의 공정의 다양한 세그먼트에서, 경화, 열분해, 전환 또는 기타 변형 동안에 액체 전구체 제형을 보유하기 위한 물질 보유 장치는, 예를 들어, 알루미나, 결합제가 없는 h-BN, 흑연, 할로겐-정제된 흑연, 열분해 흑연, SiC, CVD-SiC, 중합체-유도된 SiC, PVT-SiC일 수 있다. TaC, SiC, 열분해 흑연을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 코팅이 또한 이러한 물질에 사용될 수 있다. 컨테이너 자체는 도가니, 보트, 임의의 원하는 형상(환제, 퍽, 회전타원체, 타원체 등)을 형성하기위한 기계가공된 금형일 수 있다. 완전히 밀폐될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있지만, 가스가 빠져 나가는 것을 허용하는 배출 구멍이 있을 수 있다. 바람직하게는, 용기에 맞는 뚜껑이 사용되며 상기 용기는 열분해 및 전환 동안에 가스를 배출 할 수 있도록 설계되어 있다. 가장 바람직하게는, 불활성 가스는 또한, 예를 들어, 시간당 용기의 약 0.5 체적 교환에서 약 20의 비로, 시간당 용기의 약 5 체적 교환에서 약 15로, 바람직하게는 시간당 용기의 10 체적 교환을 초과하지 않는 비로 용기를 통해 퍼징한다.
또한 도 1의 양태에서 공정 흐름 화살표, 예를 들어, 150은 일반적인 설명의 목적을위한 것이며, 다양한 세그먼트는 단계별 또는 배치 공정으로 수행될 수 있으며(세그먼트는 시간, 예를 들어, 수시간, 수일, 몇달 또는 그 이상 및 둘 다에 의해 분리된 상이한 위치에 있는 경우 포함됨); 다양한 세그먼트가 연속 공정으로서 수행될 수 있으며; 다양한 세그먼트 중 하나 이상이 결합될 수 있으며, 예를 들어, 단일 장비가 상이한 세그먼트의 작업 중 하나 이상 및 이들의 조합 및 변형을 수행 할 수 있음을 이해한다.
도 1의 세그먼트의 양태에서, 액체 전구체는 고체 SiOC로 경화된다. 이어서 고체 SiOC를 열분해하여 SiC로 전환시킨다. 이들 양태들 중 하나에서, SiOC는 체적 형상, 예를 들어, 퍽, 환제 또는 디스크일 수 있으며 이어서 중간 가공 단계 필요 없이 SiC의 부서지기 쉬운 질량체로 직접 전환시킬 수 있다. 이들 양태들 중 하나에서, SiOC는 과립형 SiOC로 분쇄시킨 다음 과립형 SiC로 전환시키고, 이어서 체적 형상, 예를 들어, 부서지기 쉬운 질량체의 SiC로 형성된다. 이들 양태들 중 하나에서, SiOC는 다양한 입자 크기의 SiC로 형성된다. 이어서 이러한 입자는 보다 작고, 바람직하게는 더 균일한 크기 또는 과립으로 분쇄되고, 이어서 이러한 과립을 체적 형상 또는 SiC의 질량체로 성형, 예를 들어, 압축시킨다. 이들 및 기타 양태에서, 고순도 및 초고순도 SiC를 제조하는 경우, SiC의 후속적인 용도 또는 공정에서 불순물로 간주되는 물질을 함유하지 않는 시스템의 모든 성분을 갖거나; 또는 차폐하거나 둘러싸거나, 달리 공정에 불순물의 도입을 피하기 위해 실시되는 완화 단계를 갖는 이들 성분 및 SiC를 갖는 것이 바람직하다.
일반적으로, 및 바람직하게는, 전구체 제형의 양태는 제어되고 미리 결정된 양, 예를 들어, O, C 및 Si의 비를 갖는다. 이러한 방식으로, SiC용 출발 빌딩 블록은 본질적으로 바람직하게는 액체 중합체 내에 만들어지고, 바람직하게는 경화된 물질에 고정된다. 빌딩 출발 블록이 미리 결정되면, 처리 조건은 이어서 원하는 최종 생성물, 예를 들어, 화학양론적 고순도 및 초고순도 SiC를 수득하기 위해 미리 선택되고 제어될 수 있다. 출발 빌딩 블록의 비는 추가로, 공정 동안 발생하는 반응 및 재배열에 영향을 미치거나 그렇지 않으면 영향을 미치기 위해 미리 결정될 수 있는데, 예를 들어, 한 성분의 초기 과량이 특정 방향으로 공정을 유도하여, 예를 들어 SiO 위에 CO를 생성시키는 것을 선호할 수 있다. 따라서, 또한 이러한 빌딩 블록의 비, 임의의 첨가제 및 처리 파라미터를 미리 결정하고 제어함으로써 얻어지는 SiC의 유형, 특징 또는 형태, 예를 들어, 다형을 제어하고 미리 결정할 수 있다.
설명을 목적으로, 출발 빌딩 블록, 공정 조건 및 최종 생성물의 관계는 일부는 도 4의 3-상 다이어그램 400을 참조하여 설명될 수 있다. 다이어그램 400의 각 코너는 100 %의 빌딩 블록을 나타내므로 코너 401은 100 % 탄소이고, 코너 402는 100 % 산소이고, 코너 403은 100 % 규소이다. 다이어그램 400 상의 포인트 404는 SiC에 대응하고, 다이어그램 400 상의 포인트 405는 SO2에 대응하고, 다이어그램 400 상의 포인트 406 및 407은 각각 CO2 및 CO에 대응한다. 또한, 베이스 410은 C의 몰 %에 대응하고, 우측 411은 몰 % O에 대응하고, 좌측 412는 몰 % Si에 대응한다. (몰 % X란, O, C 및 Si의 총 몰에 대한 X의 몰을 퍼센트로 의미한다.) 따라서, 전구체 제형 배치 내의 출발 물질의 몰비는 일반적으로 제한없이, 약 30 % 내지 약 85 % 탄소, 약 5 % 내지 약 40 % 산소 및 약 5 % 내지 약 35 % 규소일 수 있다. 바람직하게는, SiOC 출발 물질 및 경화된 물질의 양태에서, C, Si 및 O의 몰비는 도 4a의 교차-해치 영역 430 내에 있을 수 있다. 그러나 그 영역 밖의 비가 고려된다.
일반적으로, SiC를 수득하는 공정은 액체 전구체 제형으로부터 경화 물질로, SiC 물질 (알파, 베타, 또는 둘 다)로 전환되는 열분해된 SiOC 물질로 진행된다. 경화, 열분해 및 전환과 같은 이러한 공정 동안, 다양한 빌딩 블록 중 일부가 손실되며, 전형적으로 C 및 O가 손실된다. Si도 손실될 수 있지만, Si 손실이 최소이거나 거의 없도록 하는 공정 및 전구체가 바람직하다. 예를 들어, 전구체 내로 또는 외부 공급원으로부터, 예를 들어, 오븐에서 형성된 과량의 C는 SiO 위에 CO의 형성을 유도하여 Si의 손실을 감소시킨다. 경화된 물질에서 발생하는 가교결합의 정도가 클수록, 열분해 및 전환 동안에 Si 손실이 낮아지고 따라서 SiC 수율이 높아진다.
도 4b에서 3-상 다이어그램 400을 다시 참조하면, 다양한 공정으로 예상 할 수 있는 일반적인 비의 이동이가 도시되어 있다. 다양한 화살표는 처리 활성의 예에 대한 일반적인 이동 방향일 뿐임을 이해해야 하며; 예를 들어, 탄화수소와 CO2가 둘 다 방출되는 경우 실제 조건에 따라 이들의 경사가 다를 수 있다. 따라서, 휘발성 탄화수소의 제거는 일반적으로 화살표 450의 방향으로 비를 이동시킬 것이다. 이후 경화되거나 저장되는 동안에, 상기 물질은 대기로부터 약간의 물을 흡수할 수 있는데, 이 비 이동은 화살표 451(물 흡수 및 휘발성 손실이 결합됨)로 도시된다. SiO의 생성으로부터의 비 이동은 화살표 454로 도시된다. CO의 생성으로부터의 비 이동은 화살표 453으로 도시되고, CO2의 생성으로부터의 비 이동은 화살표 452로 도시된다. 공정의 궁극적인 목표는 물질의 출발 비로부터 기저선(base line) 410으로 그리고 일부 상황에서는 가장 바람직하게는 화학양론적 SiC 404까지의 물질의 비를 획득하는 것으로 이해된다.
SiC를 제조하는데 필요한 본질적으로 모든 빌딩 블록, 예를 들어, Si 및 C를 갖는 액체 물질, 예를 들어, 전구체 배치로 개시하는 능력은 불순물, 오염물을 제어하고 순차적으로 고순도 SiC로 전환시킬 수 있거나, 단일 결합된 공정 또는 단계에서 직접 제조될 수 있는 고순도 SiOC를 제조하는 데 상당한 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명의 양태는 순도가 적어도 약 99.9 % (3-나인), 적어도 약 99.99 % (4-나인), 적어도 약 99.999 % (5-나인), 및 적어도 약 99.9999 % (6-나인) 및 적어도 약 99.99999 % (7-나인) 이상인 SiOC의 형성을 위해 제공된다. 유사하게는, 본 발명의 양태는 순도가 적어도 약 99.9 % (3-나인), 적어도 약 99.99 % (4-나인), 적어도 약 99.999 % (5-나인), 및 적어도 약 99.9999 % (6-나인) 및 적어도 약 99.99999 % (7-나인) 이상인 SiOC의 형성을 위해 제공된다. 이러한 순도 값은 경우에 따라 SiOC 또는 SiC 생성물의 주어진 샘플 내에 존재하거나 함유되어 있는 모든 물질에 대해 SiOC 또는 SiC의 양을 기준으로 한다.
본 발명의 폴리실로카브 유도된 SiC 및 공정의 양태는 고순도 및 초고순도 SiC를 제공하는 비용을 감소시키면서, 또한 순도를 증가시켜, 예를 들어, 저비용의 고순도 SiC 물질을 수득한다. 따라서, 다른 것들 중에서도, 폴리실로카브 SiC 물질 및 제품의 양태는 종래의 SiC, SiOC 및 Si 물질 및 제품과 비교할 때 비용 절감 및 향상된 특성을 갖는킨다. 따라서, 다른 것들 중에서도, 폴리실로카브 SiC 물질 및 제품의 양태는 많은 적용분야에서 SiC 뿐만 아니라 Si 물질 및 제품을 대체 할 수 있고, 기술적, 경제적 및 둘 다의 이유로 SiC 및 Si 물질 및 제품으로 얻을 수 없는 새롭고 부가적이며 강화된 적용분야를 제공하는 능력을 갖는다.
중합체 유도된 SiC 웨이퍼의 양태는 다른 것들 중에서도 약 2 인치 직경 웨이퍼 및 더 작은, 약 3 인치 직경 웨이퍼, 약 4 인치 직경 웨이퍼, 약 5 인치 직경 웨이퍼, 약 6 인치 직경 웨이퍼, 약 7 인치 직경의 웨이퍼, 약 12 인치 직경 웨이퍼 및 잠재적으로 더 큰 약 2 인치 내지 약 8 인치 직경을 갖는 웨이퍼, 약 4 인치 내지 약 6 인치 직경을 갖는 웨이퍼, 정사각형, 둥근형 및 기타 형상, 약 1 제곱 인치, 약 4 제곱 인치, 약 10 제곱 인치 및 더 크고 더 작은, 약 100 ㎛의 두께, 약 200 ㎛의 두께, 약 300 ㎛의 두께, 약 500 ㎛의 두께, 약 700 ㎛의 두께, 약 50 ㎛ 내지 약 800 ㎛의 두께, 약 100 ㎛ 내지 약 700 ㎛의 두께, 약 100 ㎛ 내지 약 400 ㎛의 두께 및 더 크고 더 작은 두께, 및 이들의 조합 및 변형을 포함한다.
본 발명의 양태에서, 고순도 SiC는 품목, 예를 들면, 보울, 웨이퍼, 전자 부품, 광학 부품 및 기타 SiC 기반 중간체 및 최종 생성물의 추후 처리 및 제조시에 심각한 문제를 야기하거나 불순물로서 간주되는 물질의 양이 낮으며 매우 낮으며 검출 한계 이하이다.
따라서, 중합체 유도된 고순도 SiC, 특히 폴리실로카브 유도된 고순도 SiOC 뿐만 아니라, SiOC가 전환되는 고순도 SiC는 적어도 약 99.9 %, 적어도 약 99.99 %, 적어도 약 99.999 %, 및 적어도 약 99.9999 % 및 적어도 약 99.99999 % 또는 그 이상의 순도를 갖는다. 또한 본 발명의 양태는 낮은 수준의 순도, 예를 들어, 99.0 %, 95 %, 90 % 및 그 이하를 포함하는 임의의 순도 수준의 중합체 유도된 SiC 및 SiOC를 포함함을 주목한다. 이러한 낮은, 예를 들어, 높지 않은 순도의 양태는 상당한 용도 및 적용분야를 가지고 있으며, 이를 발견할 것으로 여겨진다. 유사하게는, 고순도 SiC의 양태는 적용분야, 용도를 발견하고 본 발명 이전에 Si 또는 SiC 이외의 물질로 제한된 적용분야에 새롭고 놀라운 이점을 제공하는 것으로 여겨진다.
본 발명의 양태는 전자제품 및 반도체 적용분야에서의 적용을 위한 웨이퍼 제조시에 고순도 SiC의 사용을 포함한다. 기상 증착 장치 및 나중에 사용하기 위한 보울 및 웨이퍼를 제조하는 공정 둘 다에서, 고순도 SiC가 요구된다. 특히, 표 3에 기재된 바와 같이, 고순도 중합체 유도된 SiOC 및 SiC의 양태는 바람직하게는 표 3의 하나, 하나 초과의 원소 및 모든 원소를 낮은 수준으로 가질 수 있는데, 이는 특정 기상 증착 장치, 전자제품 적용분야 및 반도체 적용분야에서 불순물로 간주된다. 따라서, 폴리실로카브 유도된 SiC의 양태는 불순물이 없으며, 실질적으로 불순물이 없을 수 있으며, 표 3에 제시된 양 및 양의 조합을 일부만 함유하지만 그 양보다 많지는 않다.
[표 3]
Figure pct00004
일 양태에서, Pr은 또한 일부 적용분야에서 불순물로 간주될 수 있으며 만약 그렇게 간주되는 경우 표 3의 범위 및 양은 Pr에 적용될 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에 사용된 바와 같이, 순도 수준, 고순도, % 순도, % 불순물 및 이와 유사한 용어에 대해 언급될 때, 과량의 탄소, 즉 화학양론적 SiC를 초과하는 탄소는 물질의 계산 또는 특성확인시에 포함되거나, 언급되거나, 간주되거나, 사용되지 않는다. 일부 적용분야에서 과량의 탄소가 적용분야 또는 생성물에 거의 영향을 미치지 않아 불순물로 간주되지 않는다. 다른 적용분야에서 과량의 탄소가 유익할 수 있는데, 예를 들어, 탄소가 소결 조제로서 작용할 수 있으며; 과량의 탄소가 기상 증착 장치 및 공정에서 불규칙성을 처리하고 보상하는데 사용될 수 있다.
질소가 오염물로서 간주되는 적용분야에서 폴리실로카브 유도된 SiC 및 SiOC의 양태는 약 1000 ppm 미만, 약 100 ppm 미만, 약 10 ppm 미만, 약 1ppm 미만 및 약 0.1ppm 미만 및 그 이하의 질소를 가질 수 있다.
폴리실로카브터 유도된 SiC의 양태에서, Si 또는 C에 결합된 임의의 형태로, 또는 산화물 층으로서 본질적으로 산소를 함유하지 않으며 산소가 존재하지 않는다. 따라서, 폴리실로카브 유도된 SiC의 양태는 약 1000 ppm 미만, 약 100 ppm 미만, 약 10 ppm 미만, 약 1ppm 미만 및 약 0.1ppm 미만 및 그 이하의 산소를 가질 수 있다. 폴리실로카브 유도된 SiC는 저항력이 있으며 표준 온도 및 압력 하에서 공기에 노출되는 경우 산화물 층을 형성하지 않는다. 주변 조건 하에서 저장되는 경우 산화물 층, 즉, SiC가 없는 산화물 층은 이후의 제조 공정에서 산화물 층이 불순물로 간주될 수 있는 이점을 제공하거나 그렇지 않으면 제조 공정에 손상을 준다.
폴리실로카브 유도된 SiC의 양태는 매우 다용도 물질이다. 이들은 여러 형태를 가질 수 있는데, 예를 들어, 무정형, 많은 다른 다형을 갖는 결정질을 가지며 단일 (또는 단-) 및 다결정질 구조를 형성한다. 이러한 다양한 형태 중 하나, 하나 초과 및 조합은 다수가 폴리실로카브 유도된 SiC의 단일 배치, 체적 형상 또는 샘플일 것이다. 따라서, 본 발명의 폴리실로카브 유도된 SiC 물질은 다른 것들 중에서도 연마재, 마찰재, 광학, 방탄 및 내충격성 물질, 절연체 및 전자제품에서 적용분야를 발견한다.
폴리실로카브 유도된 SiC 분말, 미립자, 펠렛 또는 다른 보다 작은 크기 및 형상의 형태는 소결 작업을 통해 함께 결합되어 구성 부품 및 구조물을 형성할 수 있다.
본 발명의 중합체 유도된 SiC의 양태는 결합, 예를 들어, 가압, 소결, 레디-투-프레스(ready-to-press)는 임의의 통상적인 공정으로 수행될 수 있으며, 종래의 공정에서 현재 사용되는 소결 조제 및 다른 첨가제를 사용하여 수행될 수 있다. 본 발명의 초순수 중합체 유도된 SiC의 양태는 독특하며 SiC에 이전에는 존재하지 않았던 것으로 여겨지며 임의의 소결 조제 또는 가공 첨가제를 필요로 하지 않으면서 이들의 입자를 함께 결합시키는 능력을 제공한다. 따라서, 본 발명의 초순수 SiC의 양태는 자가-소결되며, 고체 및 바람직하게는 단일형(monolithic) 고체 형상으로 결합되거나 다르게 형성되거나, 예를 들어, 소결 또는 가압하기 위해 임의의 소결 조제 또는 첨가제의 존재를 필요로 하지 않는다. 자가-소결된 SiC 형상은 소결 조제를 사용하는 만들어진 대응하는 형상보다 상당히 더 강할 수 있다. 따라서, 자기-소결된 SiC 형상은 소결 조제를 사용한 유사한 SiC 형상보다 2배, 3배, 4배 이상 더 강할 수 있다. 소결 조제가 SiC 입자들 사이에 결합 또는 접합부를 형성하고 이러한 소결 보조 접합부가 SiC-대-SiC 접합부, 예를 들어, 자가-소결된 형상의 직접 접합부보다 실질적으로 약한 것으로 이론화되어 있다.
기상 증착 공정, 결정질 성장 공정, 결합 공정 및 다른 공정을 통한 본 발명의 중합체 유도된 SiC, 특히 초순수 SiC의 양태는 다른 것들 중에서도 광역 증폭기, 군사용 통신, 레이더, 텔레콤, 데이터 링크 및 전술 데이터 링크, 위성 및 포인트 투 포인트 무선 전력 전자장치, LED, 레이저, 조명 및 센서에서 적용분야 및 용도를 발견할 수 있다. 또한, 이들 양태는 HEMT-기반 단일형 마이크로파 집적 회로(MMIC)를 포함하는 고-전자 이동도 트랜지스터(HEMT)와 같은 트랜지스터에서 적용분야 및 용도를 발견할 수 있다. 이러한 트랜지스터는 분포(진행파) 증폭기 설계 방식을 채택할 수 있으며 SiC의 더 큰 밴드 갭을 사용하여 작은 풋프린트에서 매우 넓은 대역폭을 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태는 중합체 유도된 SiC로부터 제조되거나 달리 이를 기반으로 하는 이러한 장치 및 제품을 포함할 것이다.
기상 증착 공정, 결정질 성장 공정, 결합 공정 및 다른 공정을 통한 본 발명의 중합체 유도된 SiC, 특히 초순수 SiC의 양태는 또한 다른 것들 중에서도 원석과 준보석, 보석, 모이사나이트, 및 절단 및 연마 적용분야를 만들기 위해 로터 제동기 및 어셈블리, 브레이크 디스크 및 패드에서 적용분야 및 이용을 발견할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태는 중합체 유도된 SiC로부터 제조되거나 달리 이를 기반으로 하는 이러한 장치 및 제품을 포함할 것이다.
본 발명의 중합체 유도된 SiC, 특히 초순수 SiC의 양태는 다른 세라믹 분말 제형과 결합하여 개선된 이점, 비용 절감을 제공할 수 있으며 이 둘 다 다른 세라믹 분말을 사용하는 공정에 사용할 수 있다. 예를 들어, BN/SiC/ZrO2 복합체, 및 다른 내화성/공학 세라믹 분말과의 블렌드, 예를 들어, AlN, BC, BN, Al2O3, ZrO2, C, SiC, WC 및 SiN 등이 고려된다. 따라서, 본 발명의 양태는 중합체 유도된 SiC로부터 제조되거나 달리 이를 기반으로 하는 이러한 장치 및 제품을 포함할 것이다. 이들은 또한 금속 합금 적용분야에, 예를 들어, 서멧 또는 다른 야금 블렌드 제작에 사용되고 허용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 Ti, Fe, Ni 및 Co 등과 결합될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 이들은 중합체 유도된 SiC-Ti 합금, 중합체 유도 SiC-철 합금, 중합체 유도된 SiC-Ni 합금 및 중합체 유도 SiC-Co 합금을 형성할 수 있다.
본 발명의 중합체 유된도 SiC 세라믹 분말 제형의 양태는, 예를 들어, 가마 노(kiln furniture), 노 튜브, 노 벨트 링크, 노 롤러, 노즐, 베어링, 내부식 씰, 도가니, 내화물, 열 보호 시스템, RAM-Jet/SCRAM-Jet 또는 마하 3 이상으로 날으는 것, 로켓, 우주왕복선, 로켓 노우즈-콘(rocket nose-cones) 및 최첨단 충격 보호 시스템, SiC/SiC 보강 복합체, SiC/C 보강 복합체, DC 마그네트론 스퍼터링 타겟, 열전쌍 외장재, 펌프 씰 및 밸브 슬리브의 구성요소로서 또는 이의 제작시 이용될 수 있다.
기상 증착 공정, 결정질 성장 공정, 결합 공정 및 다른 공정을 통한 본 발명의 중합체 유도된 SiC, SiOC 및 특히 초순수 SiC 및 SiOC의 양태는 다층 구조, 예를 들어, 기판 상 층에서 적용분야 및 이용을 발견할 수 있다. 이 층은 결정질, 단결정질, 다결정질 또는 무정형일 수 있다. 많은 다양한 층, 예를 들어, 기판 층, 타이 층, SiC 층, SiOC 층 및 다른 물질을 갖는 구조물이 존재할 수 있다. 양태에서, 사파이어는 에피택셜 SiC 층을 위한 기판으로서 사용될 수 있다. GaN은 또한 허용가능한 기판일 수 있다. 타이 층은 상이한 결정질 격자 파라미터 사이의 격자 불일치를 조정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, SiOC가 기판으로 사용되는 경우, SiC를 지지하기 위한 타이 층 또는 그 위에 성장하는 GaN 층 을 가질 수 있다.
이 공정의 일 양태에서, 고순도의 중합체 유도된 SiC, 및 약 99.999 %, 바람직하게는 약 99.9999 % 및 보다 바람직하게는 약 99.99999 %의 순도를 갖는 바람직하게는 매우 작은 크기, 예를 들어, 약 100 ㎛ 미만, 약 10 ㎛ 미만은 광학 구성요소로 소결될 수 있다. 이들 광학 구성요소는 선택된 파장, 예를 들어, 360-800 nm에 대해 투과성 일 수 있다. 이들은 가시 스펙트럼에서 약 2.65의 굴절률을 가질 수 있다. 이들은 우수하며 높은 광학 성질을 가질 수 있으며 수차, 폐색 및 기타 광학 결함이 없다. 이들은 인성(예를 들어, 내화학성, 내마모성, 내열성, 경도, SiC)을 갖는다. 따라서, 예를 들어, 이어서 휴대폰, 태블릿, 터치 스크린 상의 윈도우, 또는 투명 구성원, 예를 들어, 스크린 등에 상당한 개선을 제공할 수 있다. 이들은 이러한 장치의 바디에도 사용될 수 있다. 이러한 중합체 유도된 SiC 윈도우는, 예를 들어, 가혹한 환경 또는 사용 조건이 존재하는 까다로운 적용분야에서 특히 유리할 수 있다. 이들은 광의 생성을 포함하는 많은 광학 적용분야, 예를 들어, 레이저, 레이저 다이오드 또는 다른 광원; 광의 성형 및 투과, 예를 들어, 광섬유, 윈도우, 프리즘, 렌즈, 광학기기, 거울 및 내부 반사 요소(예를 들어, 내부 반사에 의존하여 광을 유도하는 블록, 프리즘)에 사용될 수 있다.
자외선, 가시선 및 적외선 이외에도 SiC 광학 구성요소는 마이크로파, 밀리미터파, x선 및 고에너지 빔과 같은 전자기 방사선의 파장 이상에서 적용분야를 발견할 수 있다.
폴리실로카브 유도된 SiC, 특히 고순도 SiC의 양태는 다른 것들 중에서도 이들을 전자제품, 태양 및 전력 전달 산업 및 적용분야에 사용하기에 유리하고 바람직하게 하는 많은 독특한 성질을 갖는다. 이들은 매우 안정적이며 고전력, 고주파수, 고온 및 부식 환경 및 용도를 포함한 몇몇 까다로운 적용분야에 적합한 인 반도체 물질로 기능할 수 있다. 중합체 유도된 SiC는 영 모듈러스가 424 GPa인 매우 경질의 물질이다. 본질적으로 화학적으로 불활성이며 실온에서 어떠한 물질과도 반응하지 않을 것이다.
또한, 본 발명에 앞서서, 모든 실질적인 관점에서, 무엇이든 탄화규소 내로 확산시키는 것은 본질적으로 불가능하므로, 도펀트가 상기 물질에 첨가될 필요가 있는 한, 전구체에 의해 첨가되어, 보울 또는 다른 구조로의 성장을 위한 제어된 방식 및 양으로 존재할 수 있는 것으로 여겨졌다. 전구체 제형의 양태는 도펀트, 또는 상기 도펀트를 세라믹 및 이어서 전환된 SiC에 담지 및 결합시키는 복합체를 가질 수 있어서, 기상 증착 공정시에 도펀트가 이용가능하고 사용가능한 형태로 존재한다.
또한, 중합체 유도된 SiC 및 SiOC의 양태로 제조된 웨이퍼, 층 및 구조물에 맞춤형 또는 미리 결정된 성질을 제공하기 위한 도펀트 또는 다른 첨가제가 본 발명의 중합체 유도된 물질과 함께 이의 일부로서 또는 함께 사용될 수 있다. 이러한 양태에서, 이러한 성질 향상 첨가제는 최종 생성물에 포함되기 위해 필요한 것으로 의도되기 때문에 불순물로 간주되지 않는다. 성질 향상 첨가제가 액체 전구체 물질에 혼입될 수 있다. 성질 향상 첨가제의 성질에 따라, 이것은 전구체 주쇄의 일부일 수도 있거나, 이것은 액체 전구체에 그것을 통합하기 위해 착화되거나 복합체의 일부일 수 있거나, 생존을 가능하게 하는 다른 형태로 존재할 수 있다(예를 들어, 최종 물질에서 의도한대로 기능하도록 하는 형태로). 성질 향상 첨가제는 또한 몇몇 예를 들면 SiC 또는 SiOC 분말 물질에 코팅으로서 첨가되거나, 처리 동안에 증기 또는 가스로서 첨가될 수 있거나, 분말 형태일 수 있으며, 중합체 유도된 SiC 또는 SiOC 입자와 혼합될 수 있다. 또한, 성질 향상 첨가제가 존재하는 형태 및 방식은 최종 생성물의 처리 조건, 처리 시간 및 품질에 최소한의 영향을 미치는 것이 바람직하며, 이에 불리한 영향을 미치지 않는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 5-나인 초과의 순도, 6-나인 초과의 순도 및 7-나인 초과의 순도를 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC에는 성질 향상 첨가제가 존재할 수 있다. 이러한 양은 약 0.01 % 내지 약 50 %, 약 0.1 % 내지 약 5 %, 약 1 % 내지 약 10 %, 25 % 미만, 20 % 미만, 10 % 미만 및 1 % 미만일 수 있을 뿐만 아니라 첨가제 및 부여하고자 하는 미리 결정된 성질에 따라 더 크고 더 적은 양일 수 있다.
탄화규소는 일반적으로 액상을 갖지 않으며 대신 진공 하에서 약 1,800 ℃ 이상의 온도에서 승화된다. 도 10을 참조하면, SiC에 대한 분압 곡선의 차트가 제공된다. 전형적으로, 산업 및 상업적 적용분야에서 약 2,500 ℃ 이상의 온도에서 승화가 일어나도록 조건이 설정된다. 탄화규소가 승화되는 경우 전형적으로 Si, SiC 및 SiC2로 이루어진 증기가 형성된다. 일반적으로, 온도는 탄화규소 증기에서 이러한 상이한 성분의 비를 결정하는 것으로 여겨진다. 그러나, 본 발명은 다른 것들 중에서도, 예를 들어, 폴리실로카브 유도된 SiC에 존재하는 과량의 탄소의 양을 제어함으로써 SiC 증기의 이러한 성분의 비를 미리 선택하고 제어하는 능력을 제공한다. 또한, 제어된 방식으로, 폴리실로카브 유도된 SiC의 다공성, 존재하는 과량의 탄소의 양, 및 둘 모두(기상 증착 공정에서 출발 물질로서 사용되는 경우)를 변화시킴으로써, 예를 들어, 존재하는 상이한 미리 결정된 과량의 탄소를 갖는 SiC 물질의 층을 가짐으로써, SiC 증기의 구성은 제어된 방식으로 변할 수 있고, 시간이 지남에 따라 제어 방식으로 변할 수 있다.
폴리실로카브 유도된 SiC 및 상기 폴리실로카브 유도된 SiC로부터 제조된 SiC 보울, 웨이퍼 및 다른 구조물은 다형성(polymorphism)을 나타내고, 일반적으로 다형성(polytypism)으로 언급되는 일차원 다형성을 나타낸다. 따라서, 폴리실로카브 유도된 SiC는 많은 이론적으로 무한한 다른 다형으로 존재할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 달리 명백히 제공되지 않는 한, 용어 다형성, 다형 및 이와 유사한 용어에 가능한 가장 넓은 의미가 주어져야 하며, 탄화규소 사면체(SiC4)가 구성되는 다양한 상이한 프레임, 구조 또는 배열을 포함할 것이다. 일반적으로, 이러한 다형은 알파(α) 및 베타(β)의 두 가지 카테고리로 나뉜다. 도 2a 및 2b, 및 3a 및 3b는 단일 입방체 및 사면체 중합체 유도된 SiC 구조의 측면도 및 상면도를 각각 도시한다. 따라서, 도 2a 및 2b에는 Si가 개방된 원, 예를 들어, 200이고 C가 폐쇄된 원, 예를 들어, 201인 SiC의 단일 입방체 배열이 도시되어 있다. 도 3a 및 3b에는 Si가 개방된 원, 예를 들어, 300이고 C가 폐쇄된 원, 예를 들어, SiC 의 301인 단일 사면체 배열이 도시되어 있다.
폴리실로카브 유도된 SiC의 알파 카테고리의 양태는 전형적으로 육각형(H), 능면체(R), 삼각형(T) 구조를 포함하고 이들의 조합을 포함할 수 있다. 베타 카테고리는 전형적으로 입방체(C) 또는 섬아연광 구조를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 폴리실로카브 유도된 탄화규소의 다형은 ABCABC...의 적층 순서를 갖는 3C-SiC(β-SiC 또는 β 3C-SiC); ABAB...의 적층 순서를 갖는 2H-SiC; ABCBABCB...의 적층 순서를 갖는 4H-SiC; 및 ABCACBABCACB...의 적층 순서를 갖는 6H-SiC(알파 탄화규소의 통상적인 형태, α6H-SiC)를 포함할 것이다. 알파 탄화규소의 기타 형태의 예는 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H, 및 51R을 포함할 것이다.
폴리실로카브 유도된 SiC의 양태는 다결정질 또는 단일(달-) 결정질일 것이다. 일반적으로, 다결정질 물질에는 2개의 과립 또는 상기 물질의 미소결정 사이의 계면으로서 입계(grain boundary)가 존재한다. 이러한 입계는 상이한 배향을 갖는 동일한 다형 사이에, 또는 동일하거나 상이한 배향을 갖는 상이한 다형 사이에 있을 수 있으며 이들의 조합 및 변형을 포함할 수 있다. 단결정질 구조는 단일 다형으로 구성되며 본질적으로 입계를 갖지 않는다.
본 발명의 양태는 고순도 탄화규소, 특히 반도체와 같은 최종 생성물에 사용하기 위한 고순도 단결정질 탄화물 물질에 대한 요구를 충족시키는 능력을 제공한다. 따라서, 고순도 물질을 필요로 하는 이러한 최종 생성물 및 용도를 위해, 적어도 약 99.9 %, 적어도 약 99.99 %, 적어도 약 99.999 % 및 적어도 약 99.9999 % 및 적어도 약 99.99999 %의 순도를 갖는 저가의 탄화규소 원료를 갖는 것이 바람직하다.
고순도 단결정질 탄화규소 물질은 많은 바람직한 특징 및 특성을 갖는다. 예를 들어, 424 GPa의 영 모듈러스를 갖는 것이 매우 어렵다. 다결정질 탄화규소는 이의 과립 구조 및 다른 요인에 따라 매우 높은 경도를 가질 수도 있다.
본 발명의 폴리실로카브 유도된 SiC의 양태는 보다 큰 직경 또는 단면(예를 들어, 약 5 인치, 5 인치 초과, 약 6 인치, 7 인치 초과, 약 8 인치, 8 인치 초과 , 9 인치 이상, 약 12 인치 및 그 이상) 씨드 결정, 보울 및 기타 구조를 제공하는 능력을 포함할 것이다. 이러한 보다 큰 직경 또는 단면 구조는 바람직하게는, 적어도 약 99.9 %, 적어도 약 99.99 %, 적어도 약 99.999 %, 및 적어도 약 99.9999 % 및 적어도 약 99.99999 % 또는 그 이상의 순도를 가질 수 있다.
본 발명의 양태는 (베타 SiC) 3C-SiC에 대해 2.39 eV 내지 2H-SiC에 대해 3.33 eV 사이의 다형에 의해 변하는 밴드 갭을 갖는 탄화규소의 제품, 예를 들어, 반도체를 포함한다. 4H-SiC는 3.265 eV의 밴드 갭을 갖는다. 알파 탄화규소(6H-SiC)는 3.023 eV의 밴드 갭을 갖는다. 이러한 밴드 갭은 1.11eV의 밴드 갭을 갖는 Si보다 더 크다. 높은 밴드 갭은 탄화규소 물질이 고온, 예를 들어, 약 1,000 ℃ 이하의 환경에서 작동되는 센서, 예를 들어, 가스 센서에서 작동할 수 있도록 한다. 예를 들어, 탄화규소 기반 가스 센서는 약 1,000 ℃의 온도에서 작동하는 동안 단지 수밀리초의 응답 시간을 가질 수 있다.
중합체 유도된 SiC, SiOC, 특히 고순도 중합체 유도된 SiC 및 SiOC로부터 제조 된 물질의 양태는 전력 장치 및 전력 장치 적용분야에 사용될 수 있다. 전력 장치 적용분야의 경우, 항복 전계 강도(breakdown electric field strength) Emax는 중요한 성질일 수 있다. 이 성질은 물질의 항복이 발생하기 전에 물질의 최대 전계가 얼마나 큰지를 정량화한다(예를 들어, 치명적인 항복). Emax는 도핑 수준에 의존하지만, 일반적으로 동일한 도핑 수준을 갖는 SiC 물질 및 Si 물질에 대해, SiC Emax는 4 내지 10배 더 클 수 있다. Emax 및 상대적 Emax는 동일한 차단 전압을 갖도록 구성된 장치의 상대적 강도의 관점에서 볼 수도 있다. 따라서, 1 kV의 차단 전압을 위해 제작된 Si 장치는 약 0.2 MV/cm의 임계 전계 강도를 가지며 유사한 SiC 장치는 약 2.49 MV/cm의 임계 전계 강도를 가질 것이다.
중합체 유도된 SiC, SiOC 및 특히 고순도 중합체 유도된 SiC 및 SiOC로부터 제조 된 물질의 양태는 고주파 장치 및 고주파수 적용분야에 사용될 수 있다. 포화 드리프트 속도는 고주파 장치에서 중요한 성질이 될 수 있다. 탄화규소는 포화 드리프트 속도가 2×107 cm/sec2이지만 유사한 규소의 포화 드리프트 속도는 이의 약 반이다. 높은 포화 드리프트 속도는 필요하지는 않지만 고성능 고체 상태 장치에 유리하다. 따라서, 고순도, 저비용(예를 들어, 비용 효과적)의 탄화규소를 제공하는 본 발명의 양태를 사용하여, 이제는 이러한 장치에 대한 물질의 관점에서 바람직한 선택이 될 수 있다. 그러나, 필요한 순도를 얻는 것이 불가능하지 않더라도, 탄화규소의 사용과 관련된 비용 및 어려움 때문에 본 발명 이전에 일반적으로 당해 기술로 만들어지지 않았을 선택이었다고 여겨진다.
중합체 유도된 SiC, SiOC, 및 특히 고순도 중합체 유도된 SiC 및 SiOC로 제조된 물질의 양태는 높은 열전도율 적용분야에 사용될 수 있다. 탄화규소의 열전도율은 실온에서 구리의 열전도율보다 높으며, 모든 금속에서는 아닐지라도 대부분이 우수할 것으로 여겨진다. 예를 들어, 실온에서 은의 열전도율은 4.18 W/(cm-K)이고, 구리의 열전도율은 4.0 W/(cm-K)이다. 고순도 탄화규소는 약 4.0W/(cm-K) 초과, 약 4.5 W/(cm-K) 초과, 약 4.9 W/(cm-K) 초과의 열전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 양태 및 본 발명에 의해 제공된 SiC 처리 및 물질에서의 발달은, 본질적으로 모든 전자제품 및 기타 적용분야에서 필수는 아닐지라도 대다수에서 뿐만 아니라 기존의 규소 기반 반도체 및 전자 적용분야를 뛰어 넘는 추가의 그리고 신규한 적용분야 및 용도에서 규소 물질을 대체할 수 있다.
예를 들어, 적어도 약 99.9%, 적어도 약 99.99 %, 적어도 약 99.999 %, 및 적어도 약 99.9999 % 및 적어도 약 99.99999 % 또는 그 이상의 순도를 갖는 폴리실로카브 유도된 고순도 SiC의 양태는 많은 상이한 다형을 가질수 있다. 폴리실로카브 유도된 고순도 SiC 및 SiOC는 알파(α), 베타(β) 및 이들의 조합 및 변형으로 존재할 수 있다. 폴리실로카브 유도된 고순도 SiC의 알파 카테고리의 양태는 전형적으로 육각형(H), 능면체(R), 삼각형(T) 구조를 포함하고 이들의 조합을 포함할 수 있다. 폴리실로카브 유도된 고순도 SiC의 베타 카테고리는 전형적으로 입방체(C) 또는 섬아연광 구조를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 폴리실로카브 유도된 고순도 탄화규소의 다형은 3C-SiC(β-SiC 또는 β3C-SiC); 2H-SiC; 4H-SiC; 및 ABCACBABCACB...의 적층 순서를 갖는 6H-SiC(알파 탄화규소의 통상적인 형태, α6H-SiC)를 포함할 것이다. 알파 탄화규소의 다른 형태의 예는 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H, 및 51R을 포함할 것이다. 폴리실로카브-유도된 고순도 SiC의 양태는 다결정 또는 단일(단-) 결정질일 수 있다. 고순도 SiOC, 및 SiOC 유도된 SiC는 무정형 형태일 수 있다.
본 발명의 양태는 체적 구조 형태, 예를 들면, 퍽, 브리켓, 벽돌, 블록, 정제, 환제, 플레이트, 디스크, 정사각형, 볼, 막대, 랜덤 형상 등의 형태의 고순도 SiOC 및 SiC를 제공할 능력을 가지며 상기 고순도 SiOC 및 SiC이다. 이러한 체적 형상은 더 크고 더 작은 체적이 고려되지만 일반적으로 약 1/16 in3 내지 약 1 ft3의 넓은 범위의 크기를 갖는다. 체적 구조의 양태는 매우 부드럽고, 잘 부서지거나, 부서지기 쉽고, 바람직하게는 평균 손 압력으로 떨어져 나가는 능력을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 부서지기 쉬운 SiC 체적 구조는 약 200 GPa 미만, 약 150 GPa 미만, 약 75 GPa 미만, 및 약 10 GPa 미만 및 그 보다 작은 탄성 모듈러스; 약 1,400 Kg/mm2 미만, 약 800 Kg/mm2 미만, 약 400 Kg/mm2 미만, 약 100 Kg/mm2 미만 및 그 보다 작은 경도; 및 약 1,850 MPa 미만, 약 1,000 MPa 미만, 약 750 MPa 미만, 약 200 MPa 미만, 약 50 MPa 미만 및 그 보다 작은 압축 강도를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 부서지기 쉬운 SiC 체적 형상은 이들의 구조를 구성하며 약 410 GPa의 탄성 모듈러스, 약 2,800 Kg/mm2의 경도 및 약 3,900 MPa의 압축 강도의 보고된 값을 갖는 이들의 기본적인 SiC 물질보다 실질적으로 더 약하다. 헬륨 비중측정법으로 측정한 SiC의 실제 밀도는 약 3.0 내지 3.5 g/cc 또는 약 3.1 내지 3.4 g/cc 또는 약 3.2 내지 3.3 g/cc이다. SiC의 부서지기 쉬운 체적 형상, 예를 들어, 펠렛, 환제 등에 대한 겉보기 밀도 또는 비중은 상당히 낮을 수 있다.
바람직하게는 그리고 전형적으로, SiC의 질량체(예를 들어, 과립형 SiC 입자의 체적 형상, 부서지기 쉬운 질량체)는 실제 밀도보다 상당히 낮은 겉보기 밀도를 가지며, 예를 들어, SiC 과립의 실제 밀도는 약 3.1 g/cc 내지 3.3 g/cc일 것이다. 일반적으로 그리고 전형적으로, 부서지기 쉬운 질량체를 분쇄하여 얻은 과립형 SiC의 겉보기 밀도와 실제 밀도는 본질적으로 동일하다. 부서지기 쉬운 질량체(예를 들어, 퍽, 펠렛, 디스크 또는 플레이트)의 겉보기 밀도는 약 3 g/cc 미만, 약 2 g/cc 미만, 약 1 g/cc 미만 및 그 보다 낮을 수 있으며, 약 0.5 g/cc 내지 약 1.5 g/cc, 약 0.4 g/cc 내지 약 2 g/cc일 수 있다. SiC의 입자의 벌크 밀도는 약 3.0 g/cc 미만, 약 2.0 g/cc 미만, 약 1 g/cc 미만, 및 약 0.1 g/cc 내지 약 2 g/cc, 0.5 g/cc 내지 약 1.5 g/cc일 수 있다. 더 크거나 더 낮은 겉보기 밀도 및 벌크 밀도도 고려된다. 게다가, 중합체 유도된 SiC의 부서지기 쉬운 질량체에 대한 특정, 즉 미리 결정된 및 정확한 겉보기 밀도는 이후의 제조 공정에 부합하고, 바람직하게는 향상시키고, 더욱 바람직하게는 최적화되도록 제공될 수 있다. 예를 들어, CVD 웨이퍼 제조에서, SiC 과립의 부서지기 쉬운 질량체는 특정한 CVD 장치와 부합되도록 특별히 설계되고 맞추어진 겉보기 밀도를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 설비 내의 각 CVD 장치는 맞춤형 공급 스톡을 가질 수 있으며, 이는 미리 결정된 정밀한 겉보기 밀도를 갖는 공급 스톡(예를 들어, SiC의 부서지기 쉬운 질량체)의 사용에 의해 각 장치의 성능을 최적화할 수 있다.
따라서, 부서지기 쉬운 SiC 체적 형상은 SiC의 전형적인 강도 특성을 갖는 훨씬 더 작은 SiC 입자로 쉽고 빠르게 파괴될 수 있다. 보다 작은 입자는 직경이 약 10mm 미만, 직경이 약 1 mm 미만, 직경이 약 0.01 mm 미만, 직경이 약 100 ㎛ (마이크론) 미만, 직경이 약 10 ㎛ 미만, 약 1nm 미만, 약 500 nm 미만 (나노미터) 내지 약 100 nm 미만일 수 있으며 더 작고 더 큰 크기가 고려되는 것으로 이해된다.
따라서, 본 발명의 양태는 SiOC 전구체로부터 및 과립형 SiC를 수득하기 위한 SiC의 이러한 부서지기 쉬운 질량체로부터 SiC의 부서지기 쉬운 질량체 또는 체적 형상의 형성을 위해 제공된다. 과립형 SiC는 SiC의 부서지기 쉬운 질량체의 벌크 성질보다 현저히 더 큰 강도를 갖는다. 예를 들어, 과립형 SiC는 SiC의 질량체보다 약 2배 큰, SiC의 질량체보다 약 3배 큰, SiC의 질량체보다 약 4배 큰 그리고 그 이상의 탄성 모듈러스를 가질 수 있으며; 과립형 SiC는 SiC의 질량체보다 약 2배 큰, SiC의 질량체보다 약 3배 큰, SiC의 질량체보다 약 4배 큰 그리고 그 이상의 경도를 가질 수 있으며; 과립형 SiC는 SiC의 질량체보다 약 2배 큰, SiC의 질량체보다 약 3배 큰, SiC의 질량체보다 약 4배 큰 그리고 그 이상의 압축 강도; 및 이러한 증가된 강도 관련 특징의 조합 및 변화를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 1의 양태의 공정으로부터 수득한 SiC의 부서지기 쉬운 질량체(예를 들어, 세그먼트 108의 103c)는 볼 밀, 마찰 밀, 로터 고정자 밀(rotor stator mill), 해머 밀, 제트-밀, 롤러 밀, 비드 밀, 매질 밀, 그라인더, 균질화기, 2-플레이트 밀, 반죽 혼합기, 및 다른 유형의 분쇄, 밀링 및 처리 장치와 같은 분쇄 장치로 과립형 SiC로 축소시킬 수 있다.
SiC의 부서지기 쉬운 질량체는 이에 고유한 다공성을 갖는다. 이러한 다공성은 바람직하게는 개방 홀 또는 실질적으로 개방 홀 다공성이다. 이러한 방식으로, 부서지기 쉬운 질량체는 전형적으로, 과립이 서로에 대해 패킹되기 때문에, 과립형 SiC보다 실질적으로 더 큰 이용가능한 표면적을 제공한다. 따라서, 예를 들어, SiC의 부서지기 쉬운 디스크가 SiC 보울(SiC 웨이퍼로의 후속 전환을 위해)을 만들기 위해 기상 증착 공정에 사용되었다면, 이러한 부서지기 쉬운 SiC 디스크는 전형적으로 이러한 공정에서 과립형 SiC를 사용함으로써 수득될 수 있는 것보다 SiC 증기를 생성하기 위한 실질적으로 더 큰 표면적, 및 SiC 증기의 이동을위한 실질적으로 더 큰 경로를 제공한다. 증가된 표면적 및 증가된 경로가 SiC 보울의 성장 속도를 증가시키는 능력, SiC 보울의 품질(및 따라서 후속적 웨이퍼) 및 이 둘 다를 제공하는 것으로 이론화되어 있다. 부서지기 쉬운 SiC 디스크, 예를 들어, SiC의 질량체는 과립형 SiC 물질보다 취급, 측정 및 사용하기 더 쉬울 수 있다.
SiC의 부서지기 쉬운 질량체는 바람직하게는 그리고 전형적으로 이의 실제 밀도보다 현저히 낮은 겉보기 밀도를 가지며, 예를 들어, 실제 밀도는 약 3.2 g/cc일 것이다. 일반적으로, 부서지기 쉬운 질량체를 분쇄하여 수득한 과립형 SiC는 본질적으로 동일한 겉보기 밀도와 실제 밀도를 가지며, 예를 들어, 약 3.1 내지 3.3 g/cc이다.
SiC의 부서지기 쉬운 질량체를 과립 형태로 파괴하는데 요구되는 힘은 SiC를 제조하는 통상적인 방법(예를 들어, 실리카의 열탄소 환원, 에치손(Acheson) 유형 또는 기반)에 필요한 힘에 비해 최소이다. 통상적인 방법은 전형적으로 SiC의 강도를 가지며, 전형적으로 유용한 크기로 과립화, 예를 들어, 분쇄, 절단, 면도 또는 밀링되어야만 하는 단일형 SiC 배치를 생성한다. 따라서, 본 발명의 양태는 단일형 SiC를 과립화하기 위한 이러한 거대한 또는 튼튼한 연삭 장비의 필요성을 회피한다. 이들은 또한 이러한 연삭 장비를 작동시키기 위해 고비용의 전력, 예를 들어, 전기를 회피한다. 이들은 또한 SiC를 과립화하는데 필요한 시간을 크게 감소시킨다. 단일형 SiC를 유용한 크기로 과립화 하기 위해, 이 히빙(heaving) 연삭 장비를 사용하여 일주 이상 걸릴 수 있다. 한편, 본 발명의 SiC의 부서지기 쉬운 질량체의 양태는 단지 수시간, 1시간, 1시간 미만, 30분 미만, 수분 미만으로 과립화 될 수 있다. 이러한 연삭 공정은, 예를 들어, 도 1의 양태의 후처리 세그먼트 108일 수 있다.
고순도 폴리실로카브 SiC의 특징은, 예를 들어, Si 및 C 공급원 또는 출발 물질로서 SiC 질량체, 구조, 제품 또는 체적 형상을 성장시키거나 발생시키기 위한 다른 기술들 중에서 기상 증착 공정, 시스템 및 장치에서 사용하기 위한 몇몇 이점 및 이득을 제공한다. 이러한 특징은 고순도 수준을 갖는 능력, 입자 크기 분포(형상, 크기 및 둘 다) 제어 능력; 미리 결정된 입자 크기 분포; 체적 형상을 갖는 능력; 미리 결정된 체적 형상(예를 들어, 퍽, 환제, 디스크 등); 다공성을 가지며 다공성을 제어하는 능력; 미리 결정된 다공성; 탄소의 양을 제어하는 능력; 미리 결정된 탄소 양(과량, 즉 화학양론적 양보다 많고, 부족한 양, 즉 화학양론적 양보다 적은 및 화학양론적); 및 이들 및 다른 성질의 조합 및 변형을 포함한다. 본 발명에 대한 부가적 이점을 현재 및 예로서 볼 수 있지만, 기상 증착 공정에서의 이러한 이점은 보울 또는 다른 구조를 성장시키는 시간의 단축, 세정 전의 더 긴 작동 시간, 장치를 최적화하는 능력, 더 큰 직경의 보울 또는 다른 구조물을 성장시키는 능력, 품질을 향상시키는 능력, 보울 또는 다른 구조물로부터 문제가 있는 영역, 문제가 있는 영역 또는 문제가 있는 발생지(예를 들어, 파이프, 폐색, 결합)를 감소시키는 능력, 비용 절감, 공정에 걸친 더 큰 제어, 및 이들의 조합 및 변형을 포함할 것이다.
본 명세서에서 표제의 사용은 명확성을 위한 것이고 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 표제에 기술된 공정 및 개시내용은 다양한 예를 포함하여 본 명세서 전체와 관련하여 읽어야 한다. 본 명세서에서 표제의 사용은 본 발명이 제공하는 보호 범위를 제한하지 않아야 한다.
폴리실로카브 전구체를 수득하기 위한 일반적인 공정
전형적으로 중합체 유도된 세라믹 전구체 제형, 및 특히 폴리실로카브 전구체 제형은 일반적으로 3가지 유형의 공정에 의해 제조될 수 있지만, 다른 공정 및 이러한 공정의 변형 및 조합이 이용될 수 있다. 이러한 공정은 일반적으로 전구체 제형을 형성하기 위해 전구체를 결합시키는 것을 포함한다. 한 유형의 공정은 일반적으로, 바람직하게는 본질적으로 어떠한 화학 반응, 예를 들어, "혼합 공정"도 일어나지 않는 무용매 공정에서 전구체 물질을 함께 혼합함을 포함한다. 다른 유형의 공정은 일반적으로 단량체, 이량체, 삼량체 및 중합체일 수 있는 특정의, 예를 들어, 맞춤형 전구체 제형을 형성하기 위한 화학 반응, 예를 들어, "반응 유형 공정"을 포함한다. 제3 유형의 공정은 무용매 환경에서 둘 이상의 성분의 화학 반응, 예를 들어 "반응 블렌딩 유형 공정"을 갖는다. 일반적으로, 혼합 공정에서 본질적으로 모든 화학 반응, 바람직하게는 모든 화학 반응은 후속적 가공 동안에, 예를 들어, 경화, 열분해 및 둘 다 동안에 일어난다.
반응 유형 공정, 반응 블렌딩 유형 공정 및 혼합 유형 공정이라는 용어들은 편의상 및 간략한 참조로서 사용되는 것으로 이해해야 한다. 이러한 용어들은 제한적이 아니며 제한적으로 보지 말아야 한다. 예를 들어, 반응 공정은 이어서 또 다른 전구체 물질과의 혼합 공정에서 사용되는 전구체 물질을 생성하는데 사용될 수 있다.
이러한 공정 유형은 본 명세서에서 다른 곳 중에서도 이들 각각의 표제 하에 기술된다. 하나의 표제 하에 하나의 공정에 대한 교시 및 다른 표제 하에 다른 공정에 대한 교시는 서로 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 이 명세서의 다른 섹션, 양태 및 교시에 적용가능하고 그 반대도 가능한 것으로 이해해야 한다. 한 유형의 공정을 위한 출발 물질 또는 전구체 물질이 다른 유형의 공정에 사용될 수 있다. 또한, 이들 표제 하에 기술된 공정들은 다양한 실시예 및 양태를 포함하여 이 명세서 전체와 관련하여 읽혀져야 함을 이해해야 한다.
이러한 공정의 조합 및 변형이 전구체 제형에 도달하고, 중간, 최종 및 마지막 생성물에 도달하는데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 특정 공정 및 생성물의 원하는 특징에 따라, 하나의 공정 유형에 대한 전구체 및 출발 물질을 다른 곳에 사용할 수 있다. 혼합 유형 공정으로부터의 제형은 전구체 또는 반응 유형 공정에서 성분 또는 반응 블렌딩 유형 공정으로서 사용될 수 있다. 유사하게, 반응 유형 공정으로부터의 제형은 혼합 유형 공정 및 반응 블렌딩 공정에서 사용될 수 있다. 유사하게, 반응 블렌딩 유형 공정으로부터의 제형은 혼합 유형 공정 및 반응 유형 공정에서 사용될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 다른 공정으로부터의 최적의 성능 및 특징을 결합하고 이용하여 비용 효율적이고 효율적인 공정 및 최종 생성물을 제공할 수 있다. 이러한 공정은 큰 유연성을 제공하여 중간, 최종 및 마지막 생성물에 대한 맞춤형 특징을 생성할 수 있어서, 이러한 공정 중 어느 하나 및 이들의 조합은 특정의 미리 결정된 생성물을 제공할 수 있다. 어떤 공정 유형이 바람직한가를 선택하는 데 있어서 비용, 제어성, 저장 수명, 스케일 업, 제조 용이성 등과 같은 요소가 고려될 수 있다.
상업적으로 입수가능한 것 이외에, 전구체는 알콕시화 유형 공정, 예를 들어, 에톡실화 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정에서 클로로실란은 촉매, 예를 들어, HCl의 존재 하에 에탄올과 반응하여 전구체 물질을 제공하며, 이 물질은 추가로 반응하여 보다 긴 쇄 전구체를 제공할 수 있다. 다른 알콜, 예를 들어, 메탄올이 또한 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, SiCl4, SiCl3H, SiCl2(CH3)2, SiCl2(CH3)H, Si(CH3)3Cl, Si(CH3)ClH가 에탄올 CH3CH2OH와 반응하여 전구체를 형성한다. 이들 반응 중 일부에서, 페놀은 규소 상에 위치한 하이드라이드 그룹 대신에 페녹시 그룹의 공급원일 수 있다. 하나, 둘 또는 그 이상의 단계 반응이 발생에 필요할 수 있다.
전구체 물질은 또한 아세틸렌 반응 경로에 의해 수득 될 수 있다. 일반적으로 Si-H에 아세틸렌을 첨가하기 위한 몇 가지 공지된 경로가 있다. 따라서, 예를 들어, 테트라메틸사이클로테트라실록산은 촉매의 존재하에 아세틸렌과 반응하여 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산을 생성할 수 있다. 이어서 이러한 생성물은 환 개방되고 중합되어 선형 비닐, 메틸실록산을 형성할 수 있다. 대안적으로, 전형적인 비닐 실란은 메틸, 디클로로실란(직접 공정 또는 로초우 공정(Rochow process)으로부터 수득됨)을 아세틸렌과 반응시킴에 의해 제조될 수 있다. 이어서 이들 단량체를 정제하여(일부 스크램블링이 있을 수 있기 때문에) 비닐, 메틸, 디클로로실란을 형성할 수 있다. 이어서 비닐 단량체를 가수분해를 통해 중합하여 다양한 쇄 길이를 가지며 예를 들어 다양한 사이클로테트라실록산(예를 들어, D4') 및 다양한 사이클로펜타실록산(예를 들어, D5')을 포함하는 많은 사이클릭 및 선형 실록산을 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 경로는 비용이 많이 들고 비닐 실란을 제조하기 위해 보다 저가의 원료 공급원에 대한 필요성이 오랫동안 증가하고 있다. 본 발명 이전에, MHF가 비닐 실란을 수득하기 위해 아세틸렌 첨가 공정에서 사용될 수 있었다고 여겨지지 않았다. MHF는 비닐, 메틸(선형 또는 사이클릭)보다 가격이 저렴하며 비닐을 제조하기 위해 MHF에 아세틸렌을 첨가하는 것이 다른 것들 중에서도 보다 비용 효율적인 물질을 비교적 저렴한 비용으로 제공하기 위해 장기간 필요하다. 이러한 추가시에 다음 변수가 다른 것들 중에서도 고려되고 제어되어야 한다: 공급물(D4', 선형 메틸, 수소 실록산 유체); 온도; 아세틸렌 대 Si-H의 비; 균질 촉매 (카르스테트의, 디부틸틴디라우레이트, 촉매 없음, 억제제가 있는 카르스테트의, 염화백금산, 애쉬비의); 담지 촉매(탄소 상의 Pt, 알루미나 상의 Pt, 알루미나 상의 Pd); 유속(액체 공급, 아세틸렌 공급); 압력; 및 촉매 농도. MHF(사이클릭 및 선형)로의 아세틸렌의 첨가를 제공하는 반응의 양태의 예는 표 A 및 B에 제공되어 있다. 표 A는 배치 아세틸렌 반응이다. 표 B는 연속 아세틸렌 반응이다. MHF 및 아세틸렌 공급물의 배치, 연속, 역류 흐름, 보다 높은 전환율을 달성하기 위한 단일 통과 물질의 연속 재순환 및 이들 및 다른 공정의 조합 및 변형이 이용될 수 있음을 이해해야 한다.
[표 A]
Figure pct00005
[표 B]
Figure pct00006
연속 고압 반응기("CHPR") 양태가 다른 이유들 중에서도: 액상에서 필요한 더 많은 아세틸렌을 절감하는 반응 전환; 결국 아세틸렌의 용해도를 증가시키는 압력을 제공하는 튜브 반응기에 유리할 수 있으며; 헥신 절감 농도 및 시간(예를 들어, 100시간)을 갖는 반응은 균일한 촉매를 제거할 수 있고 따라서 일단 완료되면 생성된 비닐을 사용한 하이드로실릴화 반응을 제거할 수 있으며, 불균일 (고체) 촉매를 사용하여 제품 무결성을 유지하고 저장 수명을 늘리고 가용 시간(pot-life) 및 이의 조합 및 변형을 증가시킨다.
아세틸렌 첨가 반응에서의 다양한 조건을 고려함에 있어서, 몇몇 요인은 희석, 아세틸렌 및 보다 낮은 촉매 농도에 의한 가교결합 지연일 수 있으며; 전환(불균일 촉매 사용)은 더 작은 분자에 비해 큰 선형 분자의 경우 더 낮을 수 있다.
비닐 및 비닐 전환의 존재 및 품질은 다른 것들 중에서도 비닐 흡수의 존재에 대한 FT-IR, SiH 흡수의 감소; 비닐의 존재 및 SiH의 감소에 대한 1H NMR; 비닐의 존재에 대한 13C NMR에 의해 결정될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시하지 않는 한, %, 중량% 및 질량%라는 용어는 상호교환적으로 사용되며 제1 성분의 중량을 예를 들어 제형, 혼합물, 물질 또는 생성물과 같은 총 중량의 %로 언급한다. 본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시하지 않는 한, "체적 %: 및 "% 체적" 및 이와 유사한 용어는 제1 성분의 체적을 예를 들어 제형, 물질 또는 생성물과 같은 총 체적의 %로 언급한다.
혼합 유형 공정
전구체 물질은 메틸 수소, 및 치환되고 개질된 메틸 수소, 실록산 주쇄 첨가제, 반응성 단량체, 실록산 주쇄 첨가제와 실란 개질제 또는 유기 개질제의 반응 생성물, 및 기타 유사한 유형의 물질, 예를 들어, 실란계 물질, 실라잔계 물질, 카보실란계 물질, 페놀/포름알데하이드계 물질 및 이들의 조합 및 변형일 수 있다. 상기 전구체는 실온에서 액체인 것이 바람직하지만, 이들은 용융되거나 다른 전구체 중 하나에 가용성인 고체일 수 있다. (그러나, 이러한 상황에서, 하나의 전구체가 다른 것을 용해시킬 때, 그럼에도 불구하고 비-구성 용매, 예를 들어, 최종 생성물의 일부 또는 구성 요소를 형성하지 않고 폐기물로서 그리고 둘 다로서 처리되는 용매를 사용하는 선행 기술의 공정과 관련하여 그 용어가 사용되기 때문에 "용매"로 간주되지 않는다는 것을 이해해야 한다 폐기물은 폐기물로 처리되며, 둘 다 처리된다)
전구체는 바람직하게는 실온에서 용기에서 함께 혼합된다. 바람직하게는, 용매, 예를 들어, 물, 유기 용매, 극성 용매, 비극성 용매, 헥산, THF, 톨루엔을 전구체 물질의 이러한 혼합물에 첨가하지 않는 것이 더욱 바람직하다. 바람직하게는, 각각의 전구체 물질이 다른 것들과 혼화성이고, 예를 들어, 이들은 임의의 상대적인 양으로 또는 임의의 비율로 혼합될 수 있고, 분리되거나 침전되지 않을 것이다. 이때 "전구체 혼합물" 또는 "폴리실로카브 전구체 제형"은 경쟁적이다(하나의 전구체 만이 사용되는 경우, 상기 물질은 단순히 "폴리실로카브 전구체" 또는 "폴리실로카브 전구체 제형" 또는 "제형"임을 주목). 완벽하긴 하지만, 충전제 및 강화제가 제형에 첨가될 수 있다. 제형의 바람직한 양태에서, 본질적으로 그리고, 보다 바람직하게는 제형이 혼합될 경우 또는 제형이 용기 내에서, 프리프레그 상에서 또는 시간 경과에 따라 경화 전에 유지되는 경우, 어떠한 화학 반응, 예를 들어, 가교결합 또는 중합도 제형 내에서 일어나지 않는다.
전구체는 다양한 유형의 대기 및 조건, 예를 들어, 공기, 불활성, N2, 아르곤, 유동 가스, 정체 가스, 감압, 승압, 주위 압력 및 이들의 조합 및 변형 하에서 혼합될 수 있다.
추가로, 사이클로헥산, 1-에티닐-1-사이클로헥산올(ALDRICH로부터 구입할 수있음), 옥타메틸사이클로테트라실록산 및 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산과 같은 억제제가 폴리실로카브 전구체 제형, 예를 들어, 억제된 폴리실로카브 전구체 제형에 첨가될 수 있다. 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산은 존재하는 양 및 온도(예를 들어, 지연제의 경우 실온에서 그리고 반응물의 경우 승온에서)에 따라 반응물 및 반응 지연제(예를 들어, 억제제) 둘 다로서 작용할 수 있음을 주목해야 한다. 처리중인 이때에 폴리실로카브 전구체 제형, 예를 들어, 충전된 폴리실로카브 전구체 제형에 본 명세서에서 논의되거나 또는 당해 기술분야에 공지되어 있는 SiC 분말, 카본 블랙, 모래, 중합체 유도된 세라믹 입자, 안료, 입자, 나노-튜브, 위스커 또는 기타 물질과 같은 충전제를 포함하는 다른 물질도 첨가될 수 있다. 또한, 억제제 및 충전제 둘 다를 갖는 제형은 억제되고 충전된 폴리실로카브 전구체 제형으로 간주될 것이다.
폴리실로카브 전구체 제형 내의 특정 전구체 및 이들의 상대적인 양에 따라, 폴리실로카브 전구체 제형은 실온에서 12시간 초과, 1일 초과, 1주 초과, 1개월 초과, 및 수년 또는 그 이상의 저장 수명을 가질 수 있다. 이러한 전구체 제형은 고온, 예를 들어, 약 90 ℉에서 12시간 초과, 1일 초과, 1주 초과, 1개월 초과 및 수년 또는 그 이상의 저장 수명을 가질 수 있다. 억제제의 사용은 더 높은 온도, 이들의 조합 및 변형에 대해 제 시간에 저장 수명을 더 연장할 수 있다. 억제제의 사용은 또한 반응 속도를 제어함으로써 제조 및 상업적 공정의 개발에 이익을 줄 수 있어서 공정 또는 제조 시스템의 원하는 및 의도된 부분에서 일어난다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "저장 수명"은 달리 명시되지 않는 한 가능한 가장 넓은 의미로 주어져야 하며, 예를 들어, 의도된 목적을 위해 사용되거나, 의도된 용도를 위해 수행, 예를 들어, 기능할 수 있는 제형은 100 %의 새로 제조된 제형으로, 적어도 약 90 % 및 새로 제조된 제형, 적어도 약 80 %의 새로 제조된 제형 및 적어도 약 70 %의 새로 제조된 제형이다.
전구체 및 전구체 제형은 바람직하게는 비-위험 물질이다. 이들은 바람직하게는 약 70 ℃ 초과, 약 80 ℃ 초과, 약 100 ℃ 초과 및 약 300 ℃ 초과 및 그 보다 더 높은 인화점을 갖는다. 바람직하게는, 비부식성 일 수 있다. 바람직하게는, 이들은 증기압이 낮을 수 있고, 냄새가 적거나 없을 수 있으며, 피부에 자극적이지 않거나 가벼운 자극을 줄 수 있다.
촉매 또는 개시제가 사용될 수 있으며, 경화되기 전에, 전구체 제형이 형성되거나 구조로 만들어질 때, 그 전에, 그 직전에, 그 훨씬 전에 첨가될 수 있다. 촉매 작용은 예비성형체를 형성하기 위해 전구체 제형의 경화를 돕고, 진행시키고, 촉진시킨다.
전구체 제형이 촉매가 첨가된 후 경화에 유용한 상태로 남아있는 기간은 "가용 시간(pot life)", 예를 들어, 촉매된 제형이 사용되기 전에 유지 용기에 얼마나 오랫동안 남아있을 수 있는지로 언급한다. 억제제가 사용되는지 특정 제형, 그리고 만약 그렇다면 사용되는 양, 저장 조건, 예를 들어, 온도, 낮은 O2 대기 및 잠재적으로 다른 인자에 따라, 전구체 제형은 가용 시간이, 예를 들어, 약 5분 내지 약 10일, 약 1일 내지 약 6일, 약 4 내지 5일, 약 30분, 약 15분, 약 1시간 내지 24시간 및 약 12시간 내지 약 24시간일 수 있다.
촉매는 임의의 백금(Pt)계 촉매일 수 있으며 이는, 예를 들어, 약 0.01 ppm(parts per million) Pt 내지 약 250 ppm Pt, 약 0.03 ppm Pt, 약 0.1 ppm Pt, 약 0.2 ppm Pt, 약 0.5 ppm Pt, 약 0.02 내지 0.5 ppm Pt, 약 1ppm 내지 200 ppm Pt 및 바람직하게는 일부 적용분야 및 구현예의 경우 약 5 ppm 내지 50 ppm Pt의 범위로 희석시킬 수 있다. 촉매는, 예를 들어, 0.1 % 내지 3 %의 과산화물 및 약 0.5 % 및 2 %의 과산화물의 농도에서 90 ℃ 초과의 10시간 반감기를 갖는 과산화물계 촉매일 수 있다. 이는 유기물 기반 과산화물일 수 있다. 이는 Si-H 결합, Si-OH 결합 또는 불포화 탄소 결합과 반응 할 수 있는 임의의 유기금속 촉매일 수 있으며, 이러한 촉매는 디부틸주석 디라우 레이트, 아연 옥토에이트, 과산화물, 예를 들어, 티탄, 지르코늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 코발트 또는 니켈의 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 촉매는 또한 임의의 다른 로듐, 레늄, 이리듐, 팔라듐, 니켈 및 루테늄 유형 또는 기반의 촉매일 수 있다. 이들 및 다른 촉매의 조합 및 변형이 사용될 수 있다. 촉매는 상품명 LUPEROX, 예를 들어, LUPEROX 231 하에 ARKEMA로부터 구입할 수 있으며; 상품명 Karstedt 촉매, Ashby 촉매, Speier 촉매 하에 Johnson Matthey로부터 구입할 수 있다.
또한, 이들 및 다른 촉매의 맞춤형 및 특성 조합이 사용될 수 있어서 이들은 특정 제형에 매치되고 이러한 방식으로 선택적으로 그리고 구체적으로 특정 성분의 반응을 촉매한다. 게다가, 이러한 유형의 매치된 촉매-제형 시스템을 사용하여 미리 결정된 생성물 특징, 예를 들어, 기공 구조, 다공성, 밀도, 밀도 프로파일, 고순도, 초고순도 및 경화된 구조 및 세라믹의 기타 모폴로지 또는 특징을 제공할 수 있다.
전구체 제형을 제조하기 위한 이러한 혼합 유형 공정에서, 바람직하게는 화학 반응 또는 분자 재배열은 출발 물질의 제조, 경화 공정 동안에 그리고 열분해 공정에서만 일어난다. 화학 반응, 예를 들어, 중합, 환원, 축합, 치환이 출발 물질 또는 전구체의 제조시 일어나거나 이용된다. 혼합 유형 공정에 의한 폴리실로카브 전구체 제형을 제조하는데 있어서, 바람직하게는 그리고 본질적으로는 어떠한 화학 반응 및 분자 재배열도 일어나지 않는다. 전구체 제형의 제조 동안에 중합 또는 다른 반응을 이용할 필요가 없고 이를 이용하지 않는 본 발명의 혼합 유형 공정의 이러한 양태는 중합체 유도된 세라믹을 제조하는 종래의 방법에 비해 상당한 이점을 제공한다. 바람직하게는, 제형 및 공정의 이러한 혼합 유형의 양태에서, 중합, 가교결합 또는 기타 화학 반응은 주로 경화 공정 동안에 주로, 바람직하게는 본질적으로, 보다 바람직하게는 단독으로 일어난다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 메틸 수소(MH)와 같은 실록산 주쇄 첨가제 일 수 있다.
Figure pct00007
MH는 약 400 mw 내지 약 10,000 mw, 약 600 mw 내지 약 3,000 mw의 분자량( "mw"는 중량 평균 분자량(amu 또는 g/mol)으로 측정될 수 있다)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 20 cps 내지 약 60 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 %일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 %일 수 있다. 이러한 전구체는 가교결합된 구조의 주쇄 뿐만 아니라경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이 전구체는 또한 다른 것들 중에서도 불포화 탄소 화합물과 반응하여 새로운 전구체 또는 추가 전구체를 생성함으로써 개질시킬 수 있다. 전형적으로, 메틸 수소 유체(MHF)는 최소량의 "Y"를 가지며, 더욱 바람직하게는 "Y"는 모든 실질적인 목적을 위해서 0이다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 비닐 치환 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00008
이 전구체는 약 400 mw 내지 약 10,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 50 cps 내지 약 2,000 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸비닐실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 %일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 %일 수 있다. 바람직하게는, X는 약 100 %이다. 이 전구체는 가교결합 밀도를 감소시키고 인성 뿐만 아니라 경화된 예비성형폼 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 개선시키기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 비닐 치환된 및 비닐 말단 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00009
이 전구체는 약 500 mw 내지 약 15,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 500 mw 내지 1,000 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게 약 10 cps 내지 약 200 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸비닐실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 %일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 %일 수 있다. 이 전구체는 분지를 제공하고 경화 온도를 감소시킬 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 비닐 치환된 및 수소 말단 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00010
이 전구체는 약 300 mw 내지 약 10,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 400 mw 내지 800 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게 약 20 cps 내지 약 300 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸비닐실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 %일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 %일 수 있다. 이 전구체는 분지를 제공하고 경화 온도를 감소시킬 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 알릴 말단 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00011
이 전구체는 약 400 mw 내지 약 10,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 40 cps 내지 약 400 cps의 점도를 가질 수 있다. 반복 단위는 동일하다. 이 전구체는 UV 경화성을 제공하고 중합체 쇄를 연장시킬 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 비닐 말단 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00012
이 전구체는 약 200 mw 내지 약 5,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게 약 400 mw 내지 1,500 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 10 cps 내지 약 400 cps의 점도를 가질 수 있다. 반복 단위는 동일하다. 이 전구체는 중합체성 쇄 연장제를 제공하고, 인성을 개선하며, 경화 온도를, 예를 들어, 실온 경화까지 낮출 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 실라놀 (하이드록시) 말단 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00013
이 전구체는 약 400 mw 내지 약 10,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 600 mw 내지 1,000 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 30 cps 내지 약 400 cps의 점도를 가질 수 있다. 반복 단위는 동일하다. 이 전구체는 중합체 쇄 연장제, 강화 메카니즘을 제공하여 나노- 및 마이크로-스케일 다공성을 생성할 수 있고 실온에서의 경화 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 실라놀 (하이드록시) 말단 비닐 치환된 디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00014
이 전구체는 약 400 mw 내지 약 10,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 600 mw 내지 1,000 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 30 cps 내지 약 400 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸비닐실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 %일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 % 일 수 있다. 이 전구체는 다른 것들 중에서도 이중-경화 시스템에서 사용될 수 있다: 이 방식으로 이중-경화는 단일 제형에서 다중 경화 메커니즘의 사용을 허용할 수 있다. 예를 들어, 응축형 경화 및 부가형 경화가 둘 다 이용될 수 있다. 이것은 결국 복합 경화 프로파일을 가질 수 있는 능력을 제공하는데, 이는, 예를 들어, 한 유형의 경화를 통한 초기 경화 및 별도의 경화 유형을 통한 최종 경화를 위해 제공할 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 수소 (하이드라이드) 말단 폴리디메틸 실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00015
이 전구체는 약 200 mw 내지 약 10,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 500 mw 내지 1,500 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게 약 20 cps 내지 약 400 cps의 점도를 가질 수 있다. 반복 단위는 동일하다. 이 전구체는 강화제로서 중합체성 쇄 연장제를 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이는, 예를 들어, 실온과 같은 더 낮은 온도 경화 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 허용한다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 디-페닐 말단된 실록산(이는 페닐 말단된 것으로 언급될 수도 있음)과 같은 실록산 주쇄 첨가제 일 수 있다.
Figure pct00016
여기서 R은 비닐, 하이드록시 또는 하이드라이드와 같은 반응성 그룹이다. 이 전구체는 약 500 mw 내지 약 2,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 80 cps 내지 약 300 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸-R-실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 %일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 %일 수 있다. 이 전구체는 강화제를 제공하고 다양한 유형의 유리의 굴절률에 매치되도록 중합체의 굴절률을 조정하고, 예를 들어, 투명한 유리섬유 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 모노-페닐 말단 실록산(이는 트리메틸 말단, 페닐 말단 실록산으로 언급될 수도 있음)과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00017
여기서 R은 비닐, 하이드록시 또는 하이드라이드와 같은 반응성 그룹이다. 이 전구체는 약 500 mw 내지 약 2,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 80 cps 내지 약 300 cps의 점도를 가질 수 있다. 메틸-R-실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 100 % 일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 0 % 내지 99 %일 수 있다. 이 전구체는 강화제를 제공하고 다양한 유형의 유리의 굴절률에 매치되도록 중합체의 굴절률을 조정하고, 예를 들어, 투명한 유리섬유 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 디페닐 디메틸 폴리실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제일 수 있다.
Figure pct00018
이 전구체는 약 500 mw 내지 약 20,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 약 800 mw 내지 약 4,000 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 100 cps 내지 약 800 cps의 점도를 가질 수 있다. 디메틸실록산 단위 "X"의 %는 25 % 내지 95 %일 수 있다. 디페닐 실록산 단위 "Y"의 %는 5 % 내지 75 %일 수 있다. 이 전구체는 모노-페닐 말단 실록산과 유사한 특성 뿐만 아니라 경화된 예비성형체및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 비닐 말단 디페닐 디메틸 폴리실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제 일 수 있다.
Figure pct00019
이 전구체는 약 400 mw 내지 약 20,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 약 800 mw 내지 약 2,000 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게 약 80 cps 내지 약 600 cps의 점도를 가질 수 있다. 디메틸실록산 단위 "X"의 %는 25 % 내지 95 %일 수 있다. 디페닐 실록산 단위 "Y"의 %는 5 % 내지 75 %일 수 있다. 이 전구체 쇄 연장, 강화제, 굴절률의 변경 또는 변경, 및 경화된 물질의 고온 열 안정성에 대한 개선 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
전구체는 화학식을 하기에 나타낸 하이드록시 말단 디페닐 디메틸 폴리실록산과 같은 실록산 주쇄 첨가제 일 수 있다.
Figure pct00020
이 전구체는 약 400 mw 내지 약 20,000 mw의 분자량(mw)을 가질 수 있고, 약 800 mw 내지 약 2,000 mw의 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 80 cps 내지 약 400 cps의 점도를 가질 수 있다. 디메틸실록산 단위 "X"의 %는 25 % 내지 95 %일 수 있다. 디페닐 실록산 단위 "Y"의 %는 5 % 내지 75 %일 수 있다. 이 전구체는 쇄 연장, 강화제, 굴절률의 변화 또는 변경, 및 경화된 물질의 고온 열 안정성에 대한 개선을 제공하기 위해 사용될 수 있으며 나노- 및 마이크로-규모 다공성을 생성시킬 수 있을 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
이 전구체는 화학식을 하기에 나타낸 메틸 말단 페닐 에틸 폴리실록산(이는 스티렌 비닐 벤젠 디메틸 폴리실록산으로 언급될 수도 있음)과 같은 실록산 주쇄 첨가제 일 수 있다.
Figure pct00021
이 전구체는 약 800 mw 내지 약 10,000 mw 내지 적어도 약 20,000 mw일 수 있는 분자량(mw)을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 50 cps 내지 약 350 cps의 점도를 가질 수 있다. 스티렌 비닐 벤젠 실록산 단위 "X"의 %는 1 % 내지 60 % 일 수 있다. 디메틸실록산 단위 "Y"의 %는 40 % 내지 99 %일 수 있다. 이 전구체는 개선된 인성을 제공하고, 반응 경화 발열을 감소시키며, 굴절률을 변화 또는 변경시킬 수 있고, 다양한 유형의 유리의 굴절률에 매치되도록 중합체의 굴절률을 조정하고, 예를 들어, 투명한 유리섬유 뿐만 아니라 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 사이클로실록산이 제형에서 반응성 분자로서 사용될 수 있다. 이들은 다음의 명명법 시스템 또는 화학식에 의해 기술될 수 있다: DxD*y, 여기서 "D"는 디메틸 실록시 단위를 나타내고 "D*"는 치환된 메틸 실록시 단위를 나타내고, "*"그룹은 비닐, 알릴, 하이드라이드, 하이드록시, 페닐, 스티릴, 알킬, 사이클로펜타디에닐 또는 기타 유기 그룹일 수 있으며, x는 0 내지 8이고, y는 ≥ 1이고, x + y는 3 내지 8이다.
전구체 배치는 또한 비-규소계 가교결합제, 비-규소계 가교결합제 및 실록산 주쇄 첨가제의 반응 생성물, 및 이들의 조합 및 변형을 함유할 수 있다. 비-규소계 가교결합제는 경화 동안에 가교결합하는 능력을 갖도록 의도되고 이를 제공한다. 예를 들어, 사용될 수 있는 비-규소계 가교결합제는 사이클로펜타디엔(CP), 메틸사이클로펜타디엔(MeCP), 디사이클로펜타디엔("DCPD"), 메틸디사이클로펜타디엔(MeDCPD), 트리사이클로펜타디엔(TCPD), 피페릴렌, 디비닐벤젠, 이소프렌, 노르보르나디엔, 비닐노르보르넨, 프로페닐노르보르넨, 이소프로페닐노르보르넨, 메틸비닐노르보르넨, 바이사이클로노나디엔, 메틸바이사이클로노나디엔, 프로파디엔, 4-비닐사이클로헥센, 1,3-헵타디엔, 사이클로헵타디엔, 1,3-부타디엔, 사이클로옥타디엔 및 이의 이성체를 포함한다. 일반적으로, 전구체에서 Si-H, Si-OH 또는 기타 Si 결합과 반응할 수 있는 2개(또는 그 이상)의 불포화 C=C 결합을 함유하는 임의의 탄화수소가 가교결합제로서 사용될 수 있다. 산소, 질소 및 황을 함유하는 일부 유기 물질은 가교결합 모이어티로서 기능할 수도 있다.
전구체는 반응성 단량체일 수 있다. 여기에는 화학식을 하기에 나타낸 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산("TV")과 같은 분자가 포함된다.
Figure pct00022
이 전구체는 분지화제, 3차원 가교결합제, 및 경화된 예비성형체 및 세라믹 물질에 대한 기타 특징 및 특성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. (또한, 특정 제형 예를 들어, 약 2 % 초과 및 특정 온도, 예를 들어, 약 실온 내지 약 60 ℃에서 이 전구체는 가교결합에 대해 억제제로서서 작용할 수 있으며, 예를 들어, 하이드라이드 및 및 비닐 그룹의 가교결합을 억제할 수 있음을 주목한다.)
전구체는, 예를 들어,
트리비닐 사이클로테트라실록산
Figure pct00023
디비닐 사이클로테트라실록산,
Figure pct00024
트리비닐 모노하이드라이드 사이클로테트라실록산,
Figure pct00025
디비닐 디하이드라이드 사이클로테트라실록산,
Figure pct00026
및 헥사메틸 사이클로테트라실록산, 예를 들어,
Figure pct00027
과 같은 반응성 단량체일 수 있다.
전구체는 비닐 페닐 메틸 실란, 디페닐 실란, 디페닐 메틸 실란 및 페닐 메틸 실란(이들 중 일부는 단부 캡핑기(end capper) 또는 말단 그룹(termination group)으로서 사용될 수 있음)과 같은 실란 개질제일 수 있다. 이들 실란 개질제는 쇄 연장제 및 분지화제를 제공할 수 있다. 이들은 또한 다른 것들 중에서도 인성을 개선시키고, 굴절률을 변화시키고, 경화된 물질의 고온 경화 안정성을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 경화된 물질의 강도를 개선시킬 수 있다. 디페닐 메틸 실란과 같은 전구체는 다른 것들 중에서도 경화된 물질의 인성을 개선시키고 굴절률을 변화시키고 경화된 물질의 고온 경화 안정성을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 경화된 물질의 경화된 물질의 강도를 개선시킬 수 있는 단부 캡핑제로서 기능할 수 있다.
전구체는 실란 개질제와 비닐 말단 실록산 주쇄 첨가제의 반응 생성물일 수 있다. 전구체는 실란 개질제와 하이드록시 말단 실록산 주쇄 첨가제의 반응 생성물일 수 있다. 전구체는 실란 개질제와 하이드라이드 말단 실록산 주쇄 첨가제의 반응 생성물일 수 있다. 전구체는 실란 개질제와 TV의 반응 생성물일 수 있다. 전구체는 실란의 반응 생성물일 수 있다. 전구체는 입체 장애를 고려하여 실란 개질제와 사이클로실록산의 반응 생성물일 수 있다. 전구체는 TES 40 또는 Silbond 40과 같은 부분적으로 가수분해된 테트라에틸 오르토실리케이트일 수 있다. 전구체는 또한 General Electric Company(소재지: Wilton, CT)로부터 구입할 수 있는 SR-350과 같은 메틸세스퀴실록산일 수 있다. 전구체는 또한 Wacker Chemie AG로부터의 604와 같은 페닐 메틸 실록산일 수 있다. 전구체는 또한 Wacker Chemie AG로부터의 H62 C와 같은 메틸페닐비닐실록산 일 수 있다.
전구체는 또한 하기로부터 선택될 수 있다: SiSiB® HF2020, 트리메틸실릴 말단 메틸 수소 규소 유체 63148-57-2; SiSiB® HF2050 트리메틸실릴 말단 메틸하이드로실록산 디메틸실록산 공중합체 68037-59-2; SiSiB® HF2060 하이드라이드 말단 메틸하이드로실록산 디메틸실록산 공중합체 69013-23-6; SiSiB® HF2038 수소 말단 폴리디페닐 실록산; SiSiB® HF2068 하이드라이드 말단 메틸하이드로실록산 디메틸실록산 공중합체 115487-49-5; SiSiB® HF2078 하이드라이드 말단 폴리(페닐디메틸실록시) 실록산 페닐실세스퀴녹산, 수소-말단 68952-30-7; SiSiB® VF6060 비닐디메틸 말단 비닐메틸 디메틸 폴리실록산 공중합체 68083-18-1; SiSiB® VF6862 비닐디메틸 말단 디메틸 디페닐 폴리실록산 공중합체 68951-96-2; SiSiB® VF6872 비닐디메틸 말단 디메틸-메틸비닐-디페닐 폴리실록산 공중합체; SiSiB® PC9401 1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디비닐디실록산 2627-95-4; SiSiB® PF1070 실란올 말단 폴리디메틸실록산(OF1070) 70131-67-8; SiSiB® OF1070 실란올 말단 폴리메틸실록산 70131-67-8; OH-단부 캡핑된 폴리디메틸실록산 하이드록시 말단 폴리디메틸실록산 73138-87-1; SiSiB® VF6030 비닐 말단 폴리디메틸 실록산 68083-19-2; 및 SiSiB® HF2030 수소 말단 폴리디메틸실록산 유체 70900-21-9.
따라서, 상기 유형의 전구체에 추가하여, 전구체는 하기 일반식의 화합물일 수 있음을 고려한다.
Figure pct00028
여기서, 단부 캡핑기 E1 및 E2는 트리메틸 규소(-Si(CH3)3), 디메틸 규소 하이드록시(-Si(CH3)2OH), 디메틸 규소 수화물(-Si(CH3)2H), 디메틸 비닐 규소(-Si(CH3)2(CH=CH2)), (-Si(CH3)2(C6H5)) 및 디메틸 알콕시 규소(-Si(CH3)2(OR)와 같은 그룹으로부터 선택된다. R 그룹 R1, R2, R3, 및 R4는 모두 상이할 수 있거나, 또는 하나 이상이 동일할 수 있다. 따라서, 예를 들어, R2는 R3과 동일하고, R3은 R4와 동일하고, R1 및 R2는 상이하고 R3 및 R4는 동일하다. R 그룹은 수소화물(-H), 메틸(Me)(-C), 에틸(-C-C), 비닐(-C=C), 알킬(-R)(CnH2n +1), 알릴(-C-C=C), 아릴(`R), 페닐(Ph)(-C6H5), 메톡시(-O-C), 에톡시(-O-C-C), 실록시(-O-Si-R3), 알콕시(-O-R), 하이드록시(-O-H), 페닐에틸(-C-C-C6H5) 및 메틸,페닐-에틸(-C-C(-C)(-C6H5)와 같은 그룹으로부터 선택된다.
일반적으로, 폴리실로카브 제형을 위한 제형의 양태는, 예를 들어, 약 0 % 내지 50 %의 MH, 약 20 내지 약 99 %의 MH, 약 0 내지 약 30 %의 실록산 주쇄 첨가제, 약 1 내지 약 60 %의 반응성 단량체, 약 30 % 내지 100 %의 TV, 및 약 0 % 내지 약 90 %의 실록산 주쇄 첨가제와 실록산 개질제 또는 유기 개질제 반응 생성물의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
제형 혼합에 있어서, 전구체가 효과적으로 혼합되고 분산될 수 있도록 충분한 시간이 사용되어야 한다. 일반적으로, 약 15분 내지 1시간의 혼합으로 충분하다. 전형적으로, 전구체 제형은 상대적으로 그리고 본질적으로 전단 비민감성이며, 따라서 펌프의 유형 또는 혼합은 중요하지 않다. 추가로, 고점도 제형에서는 추가의 혼합 시간이 요구될 수 있음을 주목한다. 혼합 동안의 제형의 온도는 바람직하게는 약 45 ℃ 미만, 바람직하게는 약 10 ℃로 유지되어야 한다. (이러한 혼합 조건은 예비-촉매된 제형에 대한 것임을 주목한다.)
반응 유형 공정
반응 유형 공정에서, 일반적으로, 화학 반응은 전형적으로 용매의 존재하에 하나, 둘 또는 그 이상의 전구체를 결합시켜 본질적으로 촉매화, 경화 및 열분해될 수 있는 단일 중합체로 이루어진 전구체 제형을 형성하는데 사용된다. 이 공정은, 경화될 때 고온, 난연성 및 지연, 강도 및 기타 특징과 같은 독특하고 바람직한 특징을 갖는 플라스틱을 제공하는 맞춤형 전구체 제형을 제조할 수 있는 능력을 제공한다. 경화된 물질은 또한 독특한 특징을 갖는 세라믹을 형성하도록 열분해될 수 있다. 반응 유형 공정은 전구체 제형을 구성하는 중합체로 혼입하기 위한 작용기, 예를 들어, 전형적으로 세라믹에 사용되지 않지만 플라스틱용 고온 능력을 제공하기 위한 이점을 갖는 페닐, 및 전형적으로 플라스틱용 고온 특징을 제공하지 않지만 세라믹을 위한 이익을 제공하는 스티렌을 선택함으로써 최종 생성물에서 상이한 유형의 제형의 미리 결정된 균형을 허용한다.
일반적으로 전구체 제형으로서 사용하기 위한 맞춤형 중합체는 축합 반응에서 전구체를 반응시켜 중합체 전구체 제형을 형성함으로써 제조된다. 이어서 이 전구체 제형은 가수분해 반응을 통해 예비성형체로 경화된다. 축합 반응은 하기에 나타낸 유형의 중합체를 형성한다.
Figure pct00029
여기서, 중합체 단위에서 R1 및 R2는 수소화물(-H), 메틸(Me)(-C), 에틸(-C-C), 비닐(-C=C), 알킬(-R)(CnH2n +1), 불포화 알킬(-CnH2n -1), 사이클릭 알킬(-CnH2n -1), 알릴(-C-C=C), 부테닐(-C4H7), 펜테닐(-C5H9), 사이클로펜테닐(-C5H7), 메틸 사이클로펜테닐(-C5H6(CH3)), 노르보르네닐(-CXHY, 여기서, X = 7-15 및 Y = 9-18), 아릴(`R), 페닐(Ph)(-C6H5), 사이클로헵테닐(-C7H11), 사이클로옥테닐(-C8H13), 에톡시(-O-C-C), 실록시(-O-Si-R3), 메톡시(-O-C), 알콕시(-O-R), 하이드록시(-O-H), 페닐에틸(-C-C-C6H5), 메틸,페닐-에틸(-C-C(-C)(-C6H5)) 및 비닐페닐-에틸(-C-C(C6H4(-C=C)))일 수 있다. R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있다. 맞춤형 전구체 중합체는 몇가지 상이한 중합체 단위, 예를 들어, A1, A2, An을 가질 수 있으며, 10, 20 또는 그 이상 만큼 많은 단위를 포함할 수 있거나, 하나의 단일 단위만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 공정에 의해 제조된 MHF는 하나의 단일 단위만을 가질 수 있다.
양태는 다른 것들 중에서도 트리에톡시 메틸 실란, 디에톡시 메틸 페닐 실란, 디에톡시 메틸 하이드라이드 실란, 디에톡시 메틸 비닐 실란, 디메틸 에톡시 비닐 실란, 디에톡시 디메틸 실란, 에톡시 디메틸 페닐 실란, 디에톡시 디하이드라이드 실란, 트리에톡시 페닐 실란, 디에톡시 하이드라이드 트리메틸 실록산, 디에톡시 메틸 트리메틸 실록산, 트리메틸 에톡시 실란, 디페닐 디에톡시 실란, 디메틸 에톡시 하이드라이드 실록산, 및 본 명세서에 기술된 기타 전구체를 포함하여 이들 및 기타 전구체의 조합 및 변형을 포함하는 전구체를 포함할 수 있다.
말단 단위 Si End 1 및 Si End 2는 디메틸 에톡시 비닐 실란, 에톡시 디메틸 페닐 실란 및 트리메틸 에톡시 실란의 전구체로부터 유래될 수 있다. 또한, 중합 공정이 적절하게 제어되는 경우, 중합체의 반복 단위를 제공하기 위해 사용된 전구체로부터 하이드록시 단부 캡을 수득할 수 있다.
일반적으로, 전구체는 에탄올 (또는, 예를 들어, 열 질량체를 제공하기 위해 열을 흡수하는 기타 물질), 과량의 물 및 염산 (또는 기타 양성자 공급원)과 함께 용기에 첨가된다. 이 혼합물은 이것이 활성화 에너지에 도달할 때까지 가열되고, 이후 반응은 전형적으로 발열 반응이다. 일반적으로, 이 반응에서 물은 전구체 단량체의 규소의 에톡시 그룹과 반응하여 하이드록시(부산물로서 에탄올과 함께)를 형성한다. 일단 형성되면 이 하이드록시는 또 다른 전구체 단량체의 규소 상에 에톡시 그룹과 반응하여 중합 반응을 초래한다. 이 중합 반응은 목적하는 쇄 길이가 형성될 때까지 계속된다.
쇄 길이를 결정하기 위한 제어 요소는 다른 것들 중에서도 다음과 같다: 다른 것들 중에서도, 선택된 단량체(일반적으로 단량체가 작을수록 더 많이 첨가될 수 있고 이후 코일 주위에 감기고 결합하기 시작한다); 단부 캡핑기가 도입되는 반응에서의 양과 지점; 및 물의 양 및 첨가 속도. 따라서, 쇄 길이는 약 180 mw(점도 약 5 cps) 내지 약 65,000 mw(점도 약 10,000 cps), 약 1000 mw 초과, 약 10,000 mw 초과, 약 50,000 mw 및 그 보다 클 수 있다. 또한, 중합된 전구체 제형은, 제형, 경화된 및 세라믹 생성물 성능 특징을 제공하도록 미리 결정될 수 있는 상이한 분자량의 중합체를 가질 수 있고 전형적으로 이를 갖는다.
중합 반응이 완료되면, 상기 물질을, 예를 들어, 상기 물질의 질량의 약 1.2x 내지 약 1.5x인 탈이온수의 양을 갖는 분리 장치, 예를 들어, 분액 깔대기로 옮겨진다. 이 혼합물을 약 1분 미만, 바람직하게는 약 5 내지 30초 동안 격렬하게 교반한다. 일단 교반되면, 상기 물질은 침전되고 분리되며, 이는 약 1 내지 2시간이 걸릴 수 있다. 중합체는 고밀도 물질이며 용기로부터 제거된다. 이어서 이 제거된 중합체는 약 2시간 동안 90 ℃의 얕은 트레이에서 가온하거나, 또는 바람직하게는 와이핑된 필름 증류 장치를 통과시켜 임의의 잔류하는 물 및 에탄올을 제거한다. 또한, 수성 층을 약 4 내지 약 7의 pH로 완충시키기에 충분한 중탄산나트륨을 첨가한다. 상기 물질로부터 중합체를 혼합, 반응 및 분리하는 기타 및 상업적 방식이 사용될 수 있음이 또한 이해된다.
바람직하게는 촉매는 반응 유형 공정으로부터 중합체 전구체 제형의 경화 공정에 사용된다. 혼합 유형 공정으로부터 전구체 제형을 경화시키는데 사용되는 것과 동일한 중합체가 사용될 수 있다. 일반적으로, 혼합 유형 제형과 달리, 반응 유형 중합체를 경화시키기 위해 촉매가 반드시 필요한 것은 아니라는 점에 주목한다. 억제제를 사용할 수도 있다. 그러나, 촉매를 사용하지 않으면 반응 시간과 속도가 느려질 것이다. 반응 공정으로부터의 경화된 물질의 경화 및 열분해는 본질적으로 혼합 공정 및 반응 혼합 공정으로부터 경화된 물질의 경화 및 열분해와 동일하다.
반응 유형 공정은 다수 유형의 대기 및 조건, 예를 들어, 공기, 불활성, N2, 아르곤, 유동 가스, 정체 가스, 감압, 주위 압력, 상압 및 이들의 조합 및 변형 하에서 수행될 수 있다.
반응 블렌딩 유형 공정
반응 블렌딩 유형 공정에서, 전구체를 용매의 부재하에 반응시켜 전구체 제형을 형성한다. 예를 들어, 반응 블렌딩 유형 공정의 양태는 MHF 및 디사이클로펜타디엔("DCPD")으로부터 제조되는 전구체 제형을 갖는다. 반응성 블렌딩 공정을 사용하여, MHF/DCPD 중합체를 생성하고 상기 중합체를 전구체 제형으로서 사용한다. (이것은 경화되거나 열분해된 생성물을 형성하기 위해 단독으로 사용될 수 있거나 혼합 또는 반응 공정에서 전구체로서 사용될 수 있다.) MHF의 공지된 분자량 및 수소화물 등가 질량; "P01" (P01은 테트라비닐사이클로테트라실록산 중 2 % Pt(0) 테트라비닐사이클로테트라실록산 착물이며 0.1%의 Pt(O) 착물로 되도록 테트라비닐사이클로테트라실록산을 사용하여 20배 희석시킨다. 이러한 방식으로, 10 ppm Pt는 벌크 촉매의 매 1 % 로딩을 위해 제공된다.) 40 내지 90 %의 MHF 출발 물질(공지된 활성 등가 중량을 갖는)의 촉매 0.20 중량%; 및 10 내지 60 %의 ≥ 83 % 순도를 갖는 디사이클로펜타디엔이 사용된다. 공정의 한 양태에서, 믹서를 갖는 밀봉가능한 반응 용기가 상기 반응에 사용될 수 있다. 상기 반응은 밀봉된 용기에서, 다른 유형의 대기가 사용될 수 있지만 공기 중에서 수행된다. 바람직하게, 상기 반응은 대기압에서 수행되지만 보다 높고 낮은 압력이 사용될 수 있다. 추가로, 반응 블렌딩 유형 공정은 다수 유형의 대기 및 조건, 예를 들어, 공기, 불활성, N2, 아르곤, 유동 가스, 정체 가스, 감압, 주위 압력, 승압, 및 이들의 조합 및 변형 하에 수행될 수 있다.
하나의 양태에서, 850 g의 MHF(85 %의 총 중합체 혼합물)를 반응 용기에 첨가하고 약 50 ℃로 가열한다. 일단 상기 온도에 도달하면, 가열기를 끄고 0.20 중량%의 P01 백금 촉매를 반응 용기 중에서 MHF에 첨가한다. 전형적으로, 촉매의 첨가시, 버블이 형성될 것이고 온도는 처음에 대략 2 내지 20 ℃ 상승할 것이다.
온도가 하강하기 시작하면, 약 150 g의 DCPD(15 wt%의 총 중합체 혼합물)를 반응 용기에 첨가한다. 온도는 추가 양, 예를 들어, 약 5 내지 7 ℃로 하강할 수 있다.
반응 공정의 상기 시점에서, 반응 용기의 온도를 제어하여 시간 경과에 따른 미리 결정된 온도 프로파일을 유지하고 발열을 수반할 수 있는 온도 증가를 관리한다. 바람직하게, 반응 용기의 온도는 공정 전반에 걸쳐 조절되고, 모니터링되고 제어된다.
반응 공정의 MHF/DCPD 양태의 하나의 양태에서, 온도 프로파일은 다음과 같을 수 있다: 온도가 약 80 ℃에 도달하도록 하고 (존재하는 물질의 양에 따라 약 15 내지 40분 걸릴 수 있다); 이어서 온도를 증가시켜 약 104 ℃ 정점에 도달하고 온도가 하강하기 시작하는 즉시, 가열기 설정 온도를 100 ℃로 증가시키고 반응 혼합물의 온도는 모니터링하여 최소 총 약 2시간 동안 및 최대 총 약 4시간 동안 중합체 온도가 80 ℃ 초과로 유지되도록 한다. 80 ℃ 초과에서 2 내지 4시간 후, 가열기를 끄고 중합체를 주위 온도로 냉각시킨다. 보다 크고 보다 작은 배치, 연속식, 반연속식 및 다른 유형의 공정에서 온도 및 시간 프로필은 상이할 수 있는 것으로 이해된다.
보다 큰 규모 및 상업적 작동에서, 배치, 연속식 및 이들의 조합이 사용될 수 있다. 산업 공장 자동화 및 제어 시스템은 반응, 반응 동안에 온도 프로파일 및 기타 공정을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
표 C는 반응 블렌딩 공정의 다양한 양태를 제시한다.
[표 C]
Figure pct00030
상기 표에서, "중합도"는 단량체 단위 또는 반복 단위의 수이고, 이들은 함게 부착되어 중합체를 형성한다. "당량__/몰"은 몰 당량을 언급한다. "비닐의 그램/몰"은 1몰 당량의 비닐 관능기를 제공하는데 필요한 제시된 중합체의 양을 언급한다. "VMH"는 TV를 대신할 수 있는 에톡시 공정으로부터의 선형 비닐 물질인 메틸 비닐 유체를 언급한다. TV에 대한 숫자 "0200" 등은 상기 특정 VT에 대한 점도 점도(단위: 센티포이즈)이다.
경화 및 열분해
상기 유형의 공정으로부터 폴리실로카브 전구체를 포함하는 전구체 제형 등을 경화시켜 고체, 반고체 또는 플라스틱형 물질을 형성할 수 있다. 전형적으로, 전구체 제형을 스프레드하거나, 성형하거나 다른 예비성형체로 성형하고, 이는 임의의 체적 구조, 또는 얇고 두꺼운 필름을 포함하는 형태를 포함한다. 경화시, 상기 폴리실로카브 전구체 제형은 초기 경화를 통해 처리하여 부분적으로 경화된 물질을 제공할 수 있고, 이는 또한 예를 들어, 예비성형체, 미처리 물질 또는 미처리 경화물(물질의 색에 대한 어떠한 것도 암시하지 않음)로 언급될 수 있다. 미처리 물질은 이어서 추가로 경화될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 경화 단계가 사용될 수 있다. 상기 물질은 "최종 경화"될 수 있는데, 즉 상기 물질의 의도된 목적을 위해 필요한 물리적 강도 및 다른 성질을 갖는 그 지점까지 경화된다. 경화의 양은 최종 경화(또는 "경질 경화")될 수 있으며, 즉, 이 지점에서 모든 또는 본질적으로 모든 화학적 반응은 중단하였다(예를 들어, 물질 내 반응성 그룹의 부재에 의해 또는 시간 경과에 따른 반응성 그룹의 수준 감소에 의해 측정된 바와 같이). 따라서, 상기 물질은 이의 의도된 용도 및 목적에 따라 다양한 정도로 경화될 수 있다. 예를 들어, 일부 상황에서 최종 경화 및 경질 경화는 동일한 것일 수 있다. 대기 및 온도와 같은 경화 조건은 경화된 물질의 조성에 영향을 줄 수 있다.
전구체 제형을 구조물 또는 예비성형체로 제조하는데 있어서, 전구체 제형, 예를 들어, 폴리실로카브 제형은 예를 들어, 하기의 기술을 사용하여 형성될 수 있다: 분무, 분무 건조, 미립자화, 분무화, 상 변화 분리, 유동, 열 분무, 권취, 드리핑(dripping), 액체 및 액체-계면활성제 시스템 중 소적 형성, 페인팅, 몰딩, 성형, 압출, 회전, 초음파, 진동, 용액 중합, 에멀젼 중합, 마이크로-에멀젼 중합, 사출, 사출 성형, 또는 달리 필수적으로 임의의 체적 형상으로 조작된 것. 이들 체적 형상은, 예를 들어, 다음을 포함할 수 있다: 구형, 펠렛, 링, 렌즈, 디스크, 패널, 원추, 원추절두체 형태(frustoconical shape), 정사각형, 직사각형, 트러스(truss), 각, 채널, 중공 밀봉 챔버, 중공 구형, 블록, 시트, 코팅, 필름, 스킨, 미립자, 빔, 막대, 각, 슬랩, 컬럼, 섬유, 스테이플 섬유, 튜브, 컵, 파이프, 및 공학적 및 건축적 둘 다인 이들 및 기타 보다 복잡한 형상의 조합 및 변형.
형성 단계, 경화 단계 및 열분해 단계는 배치 공정, 시리즈로, 연속적으로, 시간 지연 (예를 들어, 물질은 단계 사이에 저장되거나 유지된다)과 함께 및 가공 순서의 이들 및 기타 유형의 조합 및 변형으로 수행될 수 있다. 또한, 전구체는 부분적으로 경화될 수 있거나, 경화 공정은 개시될 수 있고 전구체가 체적 형상으로 형성되기 전에 계속된다. 이들 단계, 및 이들의 다양한 조합이 수행될 수 있고, 일부 양태에서, 바람직하게, 제어되고 미리 결정된 조건 하에서 수행될 수 있다(예를 들어, 상기 물질은 미리 결정된 대기에 노출되고, 전반적인 이의 가공 동안에 온도 프로파일, 예를 들어, 감소된 산소, 열분해 전에 약 140 ℃에서 유지되는 경화된 예비성형체의 온도). 형성, 경화 및 열분해를 위한 상기 시스템, 장비 또는 가공 단계는 동일한 장비, 연속 장비, 배치 및 결합된 장비 및 산업적 공정의 이들 및 기타 유형의 조합 및 변형일 수 있는 것으로 추가로 이해되어야만 한다. 따라서, 예를 들어, 분무 건조 기술은 열분해를 위한 유동화 베드 반응기로 직접 공급되는 경화된 입자를 형성할 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형은 순수, 비-보강된, 비-충전된, 복합체, 보강된 및 충전된 구조, 중간체, 최종 생성물 및 물질의 이들 및 기타 조성물의 조합 및 변형으로 제조될 수 있다. 또한, 이들 구조, 중간체 및 최종 생성물은 경화(예를 들어, 미처리 경화, 최종 경화 또는 경질 경화)될 수 있거나, 비경화될 수 있거나, 세라믹으로 열분해될 수 있고 이들의 조합 및 변형일 수 있다(예를 들어, 경화된 물질은 경화된 물질과 동일한 폴리실로카브로부터 유도된 열분해된 물질로 충전될 수 있다).
전구체 제형은 "순수" 물질을 형성하기 위해 사용될 수 있다("순수" 물질이란 모든, 및 본질적으로 모든 구조물이 전구체 물질 또는 비충전된 제형으로부터 제조됨을 의미하고 따라서 충전제 또는 보강재는 없다.)
상기 폴리실로카브 전구체 제형은 프리프레그 물질을 형성하기 위해, 예를 들어, 탄소 섬유로 제조된 직포 또는 부직포, 유리 섬유 또는 폴리실로카브 전구체 제형 (동일하거나 상이한 제형)으로부터 제조된 섬유를 피복하거나 함침시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 폴리실로카브 전구체 제형은 복합 물질, 예를 들어, 보강된 생성물을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제형은 보강 물질, 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 직포, 그래펨, 탄소 나노튜브, 얇은 필름, 침전물, 모래, 부직포 섬유, 단섬유, 섬유, 로프, 꼰 구조, 세라믹 분말, 유리 분말, 탄소 분말, 석영 분말, 세라믹 섬유, 금속 분말, 탄화물 펠렛 또는 성분, 스테이플 섬유, 토우, 상기의 나노구조물, 중합체 유도된 세라믹, 상기 공정 및 최종 생성물의 온도 요건을 충족하는 임의의 다른 물질 및 이들의 조합 및 변형에 의해 유동되거나, 함침되거나 흡수되거나 달리 조합될 수 있다. 상기 보강 물질은 또한 섬유로 형성되고 세라믹으로 열분해된 제형과 동일한 물질로부터 제조될 수 있거나 유래될 수 있거나 섬유로 형성되고 세라믹으로 열분해된 상이한 전구체 제형 물질로부터 제조될 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형은 충전된 물질을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 충전된 물질은 기타 고체, 또는 반고체를 갖는 임의의 물질, 또는 폴리실로카브 전구체 제형으로 첨가된 물질일 것이다. 충전제 물질은 경화된 생성물, 세라믹 생성물 및 이 둘 다에 특정 특징을 부여하기 위해 선택될 수 있다. 이들 특징은 예를 들어, 미학적, 촉각적, 열적, 밀도, 방사선, 화학적, 비용, 자기, 전기 및 이들 및 기타 특징의 조합 및 변형에 관한 것이거나 이들일 수 있다. 이들 특징은 강도에 추가적인 것일 수 있다. 따라서, 충전제 물질은 경화된 또는 세라믹 물질의 강도에 영향을 미칠 수 없거나, 이것은 강도를 부가할 수 있거나 심지어 일부 상황에서는 강도를 감소시킬 수 있다. 충전제 물질은 색, 자기 능력, 내화성, 난연성, 내열성, 전도도, 대전 방지, 광학적 성질 (예를 들어, 반사율, 굴절률 및 은화), 미학적 성질(예를 들어, 빌딩 생성물에서 돌형 외관), 화학적 저항성, 내부식성, 내마모성, 감소된 비용, 내연마성, 열 절연, UV 안정성, UV 차단성, 및 최종 생성물 또는 물질 둘 다에서 요구될 수 있고, 필요할 수 있는 다른 특징을 부여할 수 있다. 따라서, 충전제 물질은 탄소 블랙, 구리 납 와이어, 열 전도성 충전제, 전도성 충전제, 납, 광학 섬유, 세라믹 착색제, 안료, 산화물, 모래, 염료, 분말, 세라믹 미립자, 중합체 유도된 세라믹 입자, 기공-형성제, 카보실란, 실란, 실라잔, 탄화규소, 카보실라잔, 실록산, 분말, 세라믹 분말, 금속, 금속 착물, 탄소, 토우, 섬유, 스테이플 섬유, 붕소 함유 물질, 밀링된 섬유, 유리, 유리 섬유, 섬유 유리, 및 나노구조물 (이전의 나노구조물을 포함하는) 등을 포함할 수 있다.
폴리실로카브 제형 및 상기 제형으로부터 유도되거나 제조된 생성물은 금속 및 금속 착물을 가질 수 있다. 충전된 물질은 보강된 물질을 포함한다. 많은 경우에, 경화된 및 열분해된 폴리실로카브 충전된 물질은 복합 물질로서 검토될 수 있다. 일반적으로, 상기 검토 하에, 폴리실로카브는 벌크 또는 매트릭스 상 (예를 들어, 연속 또는 실질적으로 연속상)을 구성하고, 충전제는 분산된(예를 들어, 비-연속) 상을 구성한다. 특정 적용분야, 생성물 또는 최종 용도에 의존하여, 충전제는 전구체 제형 중에 균일하게 분포될 수 있고, 불균일하게 분포될 수 있고, 미리 결정되고 제어된 분포 기울기 (예를 들어, 미리 결정된 침강율로부터) 상에서 분포될 수 있고, 상이한 제형에 상이한 양을 가질 수 있고, 이는 미리 결정된 영역(예를 들어, 상이한 충전제 농도를 갖는 줄무늬 층)에서 미리 결정된 양의 충전제로 성형될 수 있다. 그러나, "충전"되거나 "보강된"과 같은 물질을 언급하는 것은 물질의 대다수(중량, 체적 또는 둘 다에 의한)가 폴리실로카브를 의미하는 것이 아님을 주목해야 한다. 따라서, 일반적으로, 폴리실로카브 대 충전제 물질의 비(중량 또는 체적)는 약 0.1:99.9 내지 99.9:0.1일 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형은 주로, 본질적으로 및 단지 바람직하게 전구체 물질로 구성된 물질인 비-보강 물질을 형성하기 위해 사용될 수 있지만 또한 강도를 부여하지 않는 충전제 또는 첨가제를 갖는 제형을 포함할 수 있다.
경화는 표준 주위 온도 및 압력 ("SATP", 1 대기, 25 ℃), 상기 온도 초과 또는 미만의 온도에서, 상기 압력의 초과 또는 미만의 압력에서, 및 다양한 시간에 걸쳐 수행될 수 있다. 상기 경화는 다양한 가열, 가열률 및 온도 프로파일(예를 들어, 유지 시간 및 온도, 연속 온도 변화, 주기적 온도 변화, 예를 들어, 가열에 이어서 유지, 냉각, 재가열 등) 상에서 수행될 수 있다. 경화를 위한 시간은 몇초 (예를 들어, 약 1초 미만, 5초 미만), 1분 미만, 수분, 수시간, 수일(또는 잠재적으로 보다 긴)일 수 있다. 상기 경화는 또한 임의의 유형의 주변 환경에서 수행될 수 있고, 예를 들어, 가스, 액체, 공기, 물, 계면활성제 함유 액체, 불활성 대기, N2, 아르곤, 유동 가스(예를 들어, 스윕 가스), 정체 가스, 감소된 O2, 감압, 승압, 주위 압력, 제어된 분압 및 이들 및 기타 가공 조건의 조합 및 변형을 포함한다. 고순도 물질에 대해, 노, 컨테이너, 취급 장비, 대기, 및 경화 장치 및 공정의 다른 성분들은 깨끗하고, 필수적으로 부재이고 경화된 물질에 대해 불순물 또는 오염물로서 간주될 임의의 요소들 또는 물질에 기여하지 않는다. 하나의 양태에서, 상기 경화 환경, 예를 들어, 노, 대기, 컨테이너 및 이들의 조합 및 변형은, 예를 들어, 예비성형체, 세라믹 및 최종 적용분야 또는 생성물에서 조성, 촉매, 화학량론, 특징, 수행능 및 이들의 조합 및 변형에 기여하거나 영향을 주는 물질을 가질 수 있다.
바람직하게, 경화 공정의 양태에서, 상기 경화는 약 5 ℃ 이상, 약 20 ℃ 내지 약 250 ℃, 약 20 ℃ 내지 약 150 ℃, 약 75 ℃ 내지 약 125 ℃, 및 약 80 ℃ 내지 90 ℃ 범위의 온도에서 일어난다. 보다 높고 보다 낮은 온도 및 다양한 가열 프로필 (예를 들어, 시간 경과에 따른 온도 변화율 ("램프율", 예를 들어, Δ 도(degree)/시간), 유지 시간 및 온도)가 사용될 수 있다.
경화 조건, 예를 들어, 온도, 시간, 램프율은 의존적일 수 있고 일부 양태에서 전체적으로 또는 부분적으로 예를 들어, 예비성형체의 크기, 예비성형체의 형상 또는 응력 균열, 폐가스 처리 또는 경화 공정과 관련된 다른 현상을 차단하기 위해 예비성형체를 유지하는 금형 매치시키기 위한 제형에 의해 미리 결정될 수 있다. 추가로, 경화 조건은 바람직한 제어된 방식으로 경화 공정과 관련하여 이전에 무엇이 문제점으로 자각될 수 있는지를 이용하도록 하는 것일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 폐가스 처리는 개방 또는 폐쇄된 구조를 갖는 발포 물질을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 경화 조건은 물질의 마이크로구조 및 나노구조를 생성하거나 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 경화 조건은 공정의 역학 및 열동력학에 영향을 주거나 제어하거나 변형시키기 위해 사용될 수 있고 이는 다른 것들 중에서도 모폴로지, 수행능, 특징 및 기능에 영향을 줄 수 있다.
폴리실로카브 전구체 제형을 경화하는 즉시, 일부 양태에서 다른 것들 중에서도 -R1-Si-C-C-Si-O-Si-C-C-Si-R2-(여기서, R1 및 R2는 제형 중에 사용된 전구체에 따라 다양하고 이를 기준으로 한다)을 갖는 가교결합된 구조를 제공하는 가교결합 반응이 일어난다. 경화된 물질의 양태에서, 이들은 규소 사이에 5개 미만의 원자에 의해 분리되어 있는 또 다른 규소 원자에 대해 3개 배위의 규소 중심을 갖는 가교결합된 구조를 가질 수 있다.
경화 공정 동안에, 일부 제형은 발열, 즉, 자가 가열 반응을 나타낼 수 있고, 이는 소량의 열을 발생시켜 경화 반응을 원조하거나 구동시킬 수 있거나 응력 파괴와 같은 문제점을 회피하기 위해 관리되고 제거될 필요가 있을 수 있는 대량의 열을 생성시킬 수 있다. 경화 동안에 폐가스 처리가 전형적으로 발생하고 물질을 손실시키고 상기 손실은 일반적으로 남아있는 물질의 양, 예를 들어, 경화 수율에 의해 정의된다. 본 발명의 양태 중 제형, 경화 조건 및 폴리실로카브 전구체 제형의 양태는 적어도 약 90 %, 약 92 %, 약 100 %의 경화 수율을 가질 수 있다. 사실, 공기 경화와 함께 상기 물질은 공기로부터 흡수된 산소 때문에, 100 % 초과, 예를 들어, 약 101-105 %의 경화 수율을 가질 수 있다. 추가로, 경화 동안에 물질은 전형적으로 수축시키고, 상기 수축은 제형, 경화 조건 및 예비성형체 형상의 특성, 및 예비성형체가 보강되거나, 충전되거나, 순수하거나 비보강 되는지에 따라 약 20 %, 20 % 미만, 약 15 % 미만, 약 5 % 미만, 약 1 % 미만, 약 0.5 % 미만, 약 0.25 % 미만 및 그 보다 작을 수 있다.
예비성형체의 경화는 임의의 유형의 가열 장치, 또는 메카니즘, 기술, 또는 요구되는 수준의 온도 및 환경적 제어, 예를 들어, 가열된 수욕조, 전기 노, 마이크로파, 가스 노, 노, 강압 가열된 공기, 타워, 분무 건조, 하강 필름 반응기, 유동화 베드 반응기, 레이저, 간접적 가열 요소, 직접적인 가열, 적외선 가열, UV 조사, RF 노, 높은 전단 혼합을 통한 동일계 동안의 유화, 초음파 처리를 통한 동일계 동안의 유화를 갖는 모폴로지에 의해 성취될 수 있다.
비보강되거나, 순수하거나 충전되거나 보강된, 경화된 예비성형체는 독립형 생성물, 최종 생성물(end product), 최종 생성물, 또는 이에 대해 이후 기계가공 또는 가공이 수행될 수 있는 예비 생성물로서 사용될 수 있다. 예비성형체는 또한 열분해에 적용될 수 있고 이는 예비성형체 물질을 세라믹으로 전환시킨다.
예비성형체, 또는 경화된 구조 또는 경화된 물질을 열분해시키는 데 있어서, 약 600 ℃ 내지 약 2,300 ℃; 약 650 ℃ 내지 약 1,200 ℃, 약 800 ℃내지 약 1300 ℃, 약 900 ℃ 내지 약 1200 ℃ 및 약 950 ℃ 내지 1150 ℃로 가열된다. 이들 온도에서, 전형적으로 모든 유기 구조물은 제거되거나 무기 성분과 조합되어 세라믹을 형성한다. 전형적으로 약 650 ℃ 내지 1,200 ℃ 범위 내 온도에서, 수득한 물질은 무정형 유리 세라믹이다. 약 1,200 ℃ 초과로 가열되는 경우, 상기 물질은 전형적으로 나노 결정질 구조물, 또는 마이크로 결정질 구조물, 예를 들어, SiC, Si3N4, SiCN, βSiC일 수 있고, 1,900 ℃ 초과에서, αSiC 구조물이 형성될 수 있고, 2,200 ℃ 초과에서, 전형적으로 αSiC가 형성된다. 열분해된, 예를 들어, 세라믹 물질은 단결정질, 다결정질, 무정형, 및 이들 및 기타 유형의 모폴로지의 조합, 변형 및 하위그룹일 수 있다.
열분해는 상이한 가열 및 환경적 조건 하에서 수행될 수 있고 바람직하게 상기 조건은 다른 것들 중에서도 열 제어, 역학적 제어 및 이들의 조합 및 변형을 포함한다. 예를 들어, 열분해는 다양한 가열 램프율, 가열 사이클 및 환경적 조건을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 온도는 상승될 수 있고 공지된 전이(예를 들어, 가스 처리, 증발, 분자 재배열 등)와 함께 원조하기 위해 미리 결정된 온도로 유지되고 이어서 다음 공지된 전이에 상응하는 다음에 유지되는 온도로 상승된다. 열분해는 환원 대기, 산화적 대기, 낮은 O2, 가스 풍부(예를 들어, 플레임(flame) 내 또는 직접적으로 플레임에 인접한), 불활성, N2, 아르곤, 공기, 감압, 주위 압력, 승압, 유동 가스(예를 들어, 약 15.0 GHSV 내지 약 0.1 GHSV, 약 6.3 GHSV 내지 약 3.1 GHSV, 및 약 3.9 GHSV의 유동 속도를 갖는 스윕 가스), 정체 가스 및 이들의 조합 및 변형에서 일어날 수 있다.
열분해는 바람직하게 예비성형체의 완전한 열분해를 유발하는 시간 경과에 따라 수행된다. 고순도 물질에 대해, 노, 컨테이너, 취급 장비, 및 다른 열분해 장치의 구성요소는 깨끗하고, 실질적으로 부재이고, 부재이고 열분해된 물질에 대해 불순물 또는 오염물로 고려될 임의의 요소들 또는 물질에 기여하지 않는다. "스위핑" 가스의 일정한 유동 속도는 증발 생성 동안에 노의 세정을 도와줄 수 있다. 하나의 양태에서, 열분해 환경, 예를 들어, 노, 대기, 컨테이너 및 이들의 조합 및 변형은, 예를 들어, 세라믹 및 최종 적용 또는 생성물에서 조성, 화학량론, 특징, 수행능 및 이들의 조합 및 변형에 기여하거나 영향을 미치는 물질을 가질 수 있다.
열분해 동안에, 물질은 폐가스 처리를 통해 상실될 수 있다. 열분해 단계 또는 사이클의 말기에 남아있는 물질의 양은 차르(char) 수율 (또는 열분해 수율)로서 언급된다. 본 발명의 제형 및 본 발명의 제형의 양태의 폴리실로카브 전구체 제형은 SiOC 형성에 대해 적어도 약 60 %, 약 70 %, 약 80 %, 및 적어도 약 90 %, 적어도 약 91 % 및 그 보다 큰 차르 수율을 가질 수 있다. 실제로, 공기 열분해와 함께, 상기 물질은 100 %에 근접할 수 있는 91 %를 훨씬 초과하는 차르 수율을 가질 수 있다. 공기 열분해 중 물질의 분해를 회피하기 위해(전형적으로 열분해는 불활성 대기, 감소된 산소 대기, 본질적으로 불활성 대기, 최소 산소 대기 및 이들의 조합 및 변형으로 수행됨을 주목한다), 특이적으로 조정된 제형이 사용될 수 있다. 예를 들어, 페닐 함량이 높은 제형(적어도 약 11중량%, 및 바람직하게 적어도 약 20중량%의 페닐), 알릴 함량이 높은 제형(적어도 약 15 % 내지 약 60 %)은 물질의 분해를 완화시키기 위한 공기 열분해를 위해 사용될 수 있다.
일부 양태에서 및 일부 용도에 대해 SiOC 형성을 위한 초기 또는 제1 열분해 단계는 일반적으로 매우 밀집되지 않고 예를 들어, 이의 의도된 용도를 위해 요구되는 밀도에 도달할 수 없는 구조물을 수득한다. 그러나, 경량의 미소구, 프로판트, 안료 등의 용도와 같은 일부 예에서, 제1 열분해는 충분할 수 있고 전형적으로 충분하다. 따라서, 일반적으로 재여과 공정은 열분해된 물질에 대해 수행될 수 있고, 이는 추가의 폴리실로카브 전구체 제형에서 물질을 첨가하고, 구조물내 보이드(void) 및 공간을 채우거나 충전하기 위한 것이다. 상기 재여과된 물질은 이어서 경화되고 재열분해될 수 있다. (일부 양태에서, 재여과된 물질은 경화되지만 열분해되지 않는다.) 상기 열분해 공정에서, 재여과는 목적하는 최종 생성물의 밀도를 수득하기 위해 1회, 2회, 3회 및 10회 이하 또는 그 이상을 통해 반복될 수 있다.
일부 양태에서, 열분해시, 그래페닉(graphenic), 흑연, 무정형 탄소 구조 및 이들의 조합 및 변형은 Si-O-C 세라믹에 존재한다. SiO4, SiO3C, SiO2C2, SiOC3, 및 SiC4를 생성시키는 SiOxCy 구조물로 이루어진 규소 종의 분포는 다양한 비율로 형성되고, 전구체 선택 및 이들의 가공 이력으로부터 발생한다. 탄소는 일반적으로 이웃하는 탄소 및/또는 규소 원자 사이에 결합된다. 일반적으로, 세라믹 상태로 탄소는 크게 산소 원자로 배위결합되지 않고 따라서 산소는 크게 규소에 배위결합된다.
열분해는 요구되는 온도 및 환경 제어를 유지하는 임의의 가열 장치에서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 열분해는 가스 발화된 노, 전기노, 직접적인 가열, 간접적인 가열, 유동화 베드, 가마, 터널 가마, 박스 가마, 셔틀 가마, 코크형 장치, 레이저, 마이크로파 및 이들의 조합 및 변형 및 기타 가열 장치 및 열분해를 위해 요구되는 온도를 수득할 수 있는 시스템으로 수행될 수 있다.
화학적 반응, 배열 및 재배열이 원료로부터 최종 생성물로의 다양한 단계에서 발생하는 경우의 맞춤형 및 미리 결정된 제어는 비용 절감, 증가된 공정 제어, 증가된 신뢰, 증가된 효율, 개선된 생성물 특징, 증가된 순도 및 이들의 조합 및 변형 및 다른 이득을 제공할 수 있다. 이들 전환이 일어나는 경우의 순서는 전구체의 가공 또는 제조 및 전구체 제형의 가공 및 제조를 기준으로 할 수 있고, 또한 경화 및 열분해 조건을 기준으로 할 수 있다. 추가로, 이들 단계, ㅈ형 및 조건의 맞춤형 및 미리 결정된 선택은 다양한 전환, 예를 들어, 화학적 반응; 분자 배열 및 재배열; 및 마이크로구조 배열 및 재배열을 통해 개선된 생성물 및 가공 특징을 제공할 수 있다.
제조 공정 동안에 다양한 시점에서, 중합체 유도된 세라믹 구조, 예를 들어, 폴리실로카브 구조물, 중간체 및 최종 생성물, 및 이들의 조합 및 변형은 기계 가공되거나, 밀링되거나, 몰딩되거나, 성형되거나, 드릴링되거나, 에칭되거나 달리 계적으로 가공되고 성형될 수 있다.
출발 물질, 전구체 제형, 폴리실로카브 전구체 제형, 및 중합체 유도된 물질, 구조물 및 세라믹을 형성하기 위해 전구체 물질을 제형화하고, 제조하고, 형성하고, 경화하고 열분해시키는 방법은 하기 문헌[참조: 공개된 미국 특허 출원 공보 번호 2014/0274658, 2014/0343220, 2014/0326453 및 2015/0175750 및 미국 특허 출원 일련 번호 62/106,094 및 62/193,046, 이의 각각의 전체 기재내용은 본원에서 참조로 인용된다]에 제시되어 있다.
바람직한 SiOC 유래된 SiC 경화 및 열분해
바람직하게, SiC를 제조하는데 있어서, 및 바람직한 양태에서 Sic를 제조하는데 사용하기 위한 물질을 제조하는데 있어서, 폴리실로카브 전구체는 청명한 공기에서 약 1 대기에서 혼합될 수 있다.
바람직하게, SiC를 제조하는데 있어서, 및 SiC를 제조하는데 사용하기 위한 물질을 제조하는데 있어서, 상기 경화는 약 20 ℃ 내지 약 150 ℃, 약 75 ℃ 내지 약 125 ℃ 및 약 80 ℃ 내지 90 ℃ 범위의 온도에서 일어난다. 상기 경화는 바람직하게 경질의 경화된 물질을 유도하는 시간에 걸쳐 수행된다. 경화는 공기 또는 불활성 대기에서 일어날 수 있고 바람직하게 경화는 주위 압력에서 아르곤 대기에서 일어난다. 가장 바람직하게, 고순도의 물질을 위해, 노, 컨테이너, 취급 장비 및 경화 장치의 다른 구성요소들은 깨끗하고 필수적으로 부재이고 불순물 또는 오염물로 고려되는 임의의 요소 또는 물질을 경화된 물질에 부여하지 않는다.
바람직하게, SiC를 제조하는데 있어서, 및 SiC를 제조하는데 사용하기 위한 물질을 제조하는데 있어서, 열분해는 약 800 ℃ 내지 약 1300 ℃, 약 900 ℃ 내지 약 1200 ℃ 및 약 950 ℃ 내지 1150 ℃ 범위의 온도에서 일어난다. 열분해는 바람직하게 예비성형체의 완전한 열분해를 유도하는 시기에 걸쳐 수행된다. 바람직하게 열분해는 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤 및 보다 바람직하게 약 대기압에서 흐르는 아르곤 가스에서 일어난다. 가스는 약 1,200 cc/분 내지 약 200 cc/분, 약 800 cc/분 내지 약 400 cc/분, 및 약 500 cc/분으로 흐를 수 있다. 바람직하게, 가공 노의 초기 진공 배출은 적어도 1E-3 토르 미만의 감압으로 완료되고 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤과 함께 100 토르 초과로 재가압된다. 보다 바람직하게, 진공 배출은 불활성 가스를 사용한 재-가압 전 1E-5 토르 미만의 압력으로 완료된다. 진공 배출 공정은 진행하기 전 0에서 4 초과의 회수의 임의의 위치에서 완료될 수 있다. 가장 바람직하게, 고순도의 물질에 대해, 노, 컨테이너, 취급 장비, 및 경화 장치의 다른 구성요소들은 깨끗하고, 필수적으로 부재이고, 부재이고 불순물 또는 오염물로 간주되는 임의의 요소 또는 물질을 경화된 물질에 부여하지 않는다.
낮은 N 및 O 수준이 요구되는 양태에서, 10E-6토르 및 불활성 가스를 사용한 역충전을 성취하기 위한 진공, 바람직하게 터보펌프의 사용이 바람직할 수 있다. 상기 퍼징 공정은 1회 또는 수회 수행하여 낮은 수준을 성취할 수 있다. "스위핑" 가스의 일정한 유동 속도는 증발 생성 동안에 노의 퍼징을 도와줄 수 있다.
바람직하게, SiC를 제조하는데 있어서, 세라믹 SiOC는 후속적 또는 연속 열분해 또는 전환 단계에서 SiC로 전환된다. SiOC로부터의 전환 단계는 예를 들어, SiOC 예비성형체의 열분해와 함께 연속적인 것의 일부일 수 있거나 시간, 위치 및 둘 다에서 전반적으로 별도의 단계일 수 있다. 목적하는 SiC 유형에 의존하여, 상기 전환 단계는 약 1,200 ℃ 내지 약 2,550 ℃ 및 약 1,300 ℃ 내지 1,700 ℃에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 약 1,600 ℃ 내지 1900 ℃의 온도에서, 베타 유형의 형성이 시간 경과에 따라 선호된다. 1900 ℃ 초과의 온도에서, 알파 유형의 형성은 시간 경과에 따라 선호된다. 바람직하게 전환은 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤에서 일어나고 보다 바람직하게 약 대기압에서 흐르는 아르곤 가스에서 일어난다. 가스는 약 600 cc/분 내지 약 10 cc/분, 약 300 cc/분 내지 약 50 cc/분, 및 약 80 cc/분 내지 약 40 cc/분으로 흐를 수 있다. 가장 바람직하게, 고순도 물질에 대해, 노, 컨테이너, 취급 장비 및 경화 장치의 다른 구성요소는 깨끗하고 필수적으로 부재이고 불순물 또는 오염물로 간주되는 임의의 요소 또는 물질을 SiC에 부여하지 않는다.
SiOC 유래된 SiC에 대한 후속적 수율은 일반적으로 약 10 % 내지 50 %, 전형적으로 30 % 내지 40 %이지만, 보다 높고 낮은 범위가 수득될 수 있다.
가장 바람직하게, 고순도의 SiC를 제조하는 경우, 물질의 제조, 경화, 열분해 및 전환과 관련된 활성은 청정실 조건에서, 상기 방 조건 하에, 예를 들어, 적어도 ISO 5, 적어도 ISO 4, 적어도 ISO 3, 적어도 ISO 2, 및 적어도 ISO 1의 ISO 14644-1 청정실 표준 하에 수행된다. 하나의 양태에서, 물질 취급 단계는 적어도 ISO 5의 청정실에서 수행되고, 그 보다 적은 세정 영역(ISO >5)은 열분해 및 전환 단계를 위해 사용된다.
하기의 실시예는 다른 것들 중에서도 본 발명의 전구체 제형, 공정, 방법, 장치, 제품, 조성물 및 적용분야의 다양한 양태를 설명하기 위해 제공된다. 이들 실시예는 설명을 목적으로 하고 본 발명의 범위로서 검토되지 말아야하고 이의 범위를 제한하지 않는다. 달리 특정되지 않는 경우 실시예에 사용되는 %는 총 배치, 예비성형체 또는 구조물의 중량%이다.
실시예
실시예 1
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 41 %의 MHF 및 59 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 0.68 몰의 수소화물, 0.68 몰의 비닐 및 1.37 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00031
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 1.37 몰의 C를 가지며, 0 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 2
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 90 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(27 %의 X를 가짐) 및 10 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 1.05 몰의 수소화물, 0.38 몰의 비닐, 0.26 몰의 페닐, 및 1.17 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00032
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 2.31 몰의 C를 가지며, 98 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 3
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 70 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(14 %의 X를 가짐) 및 30 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 0.93 몰의 수소화물, 0.48 몰의 비닐, 0.13 몰의 페닐, 및 1.28 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00033
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 1.77 몰의 C를 가지며, 38 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 4
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 50 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(20 %의 X를 가짐) 및 50 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 0.67 몰의 수소화물, 0.68 몰의 비닐, 0.10 몰의 페닐, 및 1.25 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00034
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 1.93 몰의 C를 가지며, 55 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 5
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 65 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(40 %의 X를 가짐) 및 35 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 0.65 몰의 수소화물, 0.66 몰의 비닐, 0.25 몰의 페닐, 및 1.06 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00035
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 2.81 몰의 C를 가지며, 166 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 6
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 65 %의 MHF 및 35 %의 디사이클로펜타디엔(DCPD)을 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 1.08 몰의 수소화물, 0.53 몰의 비닐, 0.0 몰의 페닐, 및 1.08 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00036
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 2.65 몰의 C를 가지며, 144 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 7
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 82 %의 MHF 및 18 %의 디사이클로펜타디엔(DCPD)을 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 1.37 몰의 수소화물, 0.27 몰의 비닐, 0.0 몰의 페닐, 및 1.37 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00037
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 1.37 몰의 C를 가지며, 0 % 과량의 C를 갖는다.
실시예 8
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 46 %의 MHF, 34 %의 TV 및 20 %의 VT를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 0.77 몰의 수소화물, 0.40 몰의 비닐, 0.0 몰의 페닐, 및 1.43 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00038
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 0.53 몰의 C를 가지며, 63 % C 결손을 갖거나 63 % C가 결핍된다.
실시예 9
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 70 %의 MHF, 20 %의 TV 및 10 %의 VT를 함께 혼합하여 제조된다. 이 전구체 제형은 1.17 몰의 수소화물, 0.23 몰의 비닐, 0.0 몰의 페닐, 및 1.53 몰의 메틸을 갖는다. 상기 전구체 제형은 100 g의 제형을 기준으로 하여 다음과 같은 몰량의 Si, C 및 O를 갖는다.
Figure pct00039
계산된 바와 같이, 이 제형으로부터 유도된 SiOC는 모든 CO가 제거된 후 계산된 0.33 몰의 C를 가지며, 78 % C 결손을 갖거나 78 % C가 결핍된다.
실시예 10
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 95 %의 MHF 및 5 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다.
실시예 11
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 50 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(20 %의 X를 가짐), 50 %의 TV 및 95 %의 MHF를 함께 혼합하여 제조된다.
실시예 12
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 54 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(25 %의 X를 가짐) 및 46 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다.
실시예 13
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된 된다. 상기 제형은 실온에서 57 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(30 %의 X를 가짐) 및 43 %의 TV를 함께 혼합하여 제조된다.
실시예 14
약 100 g의 폴리실로카브 제형이 제조된다. 상기 제형을 실온에서 15분 동안 블렌딩한 다음, 1 %의 촉매를 첨가하고 혼합물을 추가의 10분 동안 교반한다. 상기 촉매는 단쇄 비닐 말단 폴리실록산 내에서 10 ppm의 Pt를 갖는다.
상기 제형을 테프론(PTFE, 폴리테트라플루오로에틸렌)-코팅된 알루미늄 호일 팬에 부어넣고 아르곤 또는 공기 중에서 90 ℃에서 2.5시간 동안 경화시켰다.
경화된 중합체는 세라믹 보트(ceramic boat)(예를 들어, 3.5" 길이×2.5" 폭×5/8" 깊이의 도가니)에 맞는 크기로 기계적으로 분해되고, 이들 세라믹 보트에 위치시킨된다. 상기 경화된 중합체를 함유하는 세라믹 보트를 하기와 같이 500 cc/분으로 유동하는 아르곤 가스로 채워진 스테인레스 강 레토르트에서 가열하였다:
ㆍ 82.2 ℃/시간의 가열 속도에서 실온 내지 82.2 ℃, 82.2 ℃에서 1시간 유지;
ㆍ 48.9 ℃/시간의 가열 속도에서 82.2 ℃ 내지 182 ℃, 182 ℃에서 1시간 유지;
ㆍ 48.9 ℃/시간의 가열 속도에서 182 ℃ 내지 210 ℃, 210 ℃에서 2시간 유지;
ㆍ 115.6 ℃/시간의 가열 속도에서 210 ℃ 내지 1,100 ℃, 1,10 ℃에서 2시간 유지; 및
ㆍ 열기 전에 204.4 ℃로 노를 냉각.
열분해된 물질을 흑연 보트에 위치시키며, 상기 열분해된 물질은 분말 형태 또는 덩어리로 존재한다. 상기 흑연 보트는 2개의 절연 말단 블록과 캡이 달린 알루미나 튜브 노에 위치시켜 유동과 페가스 유출을 허용한다. 50 cc/분의 속도로 아르곤 가스가 튜브 노를 통해 유동한다. 이어서 상기 물질을 10시간에 걸쳐 1,650 ℃로 가열하고(약 3 ℃/분의 가열 속도), 이 온도에서 추가의 10시간 동안 유지한다. 이어서 상기 노는 5시간에 걸쳐 서서히 700 ℃로 냉각시킨 다음 상기 노를 더 냉각시키고, 온도가 적어도 300 ℃ 미만일 때 단부 캡을 제거한다.
생성된 폴리실로카브 유도된 SiC를 상기 노로부터 제거한다.
실시예 15
폴리실로카브 제형은 특히 Al, Fe 및 B를 포함하여 모든 잠재적 불순물을 본질적으로 제거하도록 세정된 유리제품을 사용하여 청정실 환경에서 제조된다. 상기 제형을 실온에서 약 10 내지 20분 동안 블렌딩한 다음 0.25 % 내지 2 %의 촉매 용액을 첨가하고 혼합물을 추가의 10분 동안 교반한다. 상기 촉매 용액은 10 ppm의 Pt를 갖는다. 최종 촉매된 제형은 10 내지 50 ppb의 Pt를 갖는다.
청정실 환경에서, 상기 제형은 PFA(퍼플루오로알콕시 중합체) 병(bottle) 또는 병(jar)에 넣고, 아르곤으로 퍼징시키고 덮개를 닫는다. 상기 제형은 75 ℃ 내지 160 ℃에서 1.5시간 내지 4시간 동안 경화시킨다.
청정실 환경에서, 경화된 중합체를 세라믹 도가니에 위치시킨다. 채워진 도가니는 이어서 세라믹 캡으로 덮고 500 cc/분으로 유동하는 아르곤 가스로 채워진 세라믹 레토르트에 위치시킨다. 도가니, 노 및 모든 관련 장치 및 장비는 깨끗하며 본질적으로 오염되어 있지 않으며, 특히 Al 또는 B의 공급원을 제공하지 않도록 한다. 도가니는 다음과 같이 약 30 ℃/시간에서 약 180 ℃/시간로 증가하는 속도로 가열된다:
ㆍ 180 ℃/시간의 가열 속도에서 실온 내지 1,000 ℃, 1,000 ℃에서 2시간 유지; 및
ㆍ 열기 전에 204.4 ℃로 노를 냉각.
열분해된 물질을 흑연 보트에 위치시키며, 상기 열분해된 물질은 분말 형태 또는 덩어리로 존재한다. 상기 흑연 보트는 2개의 절연 말단 블록과 캡이 달린 알루미나 튜브 노에 위치하시켜 유동과 폐가스 유출을 허용한다. 도가니, 노 및 모든 관련 장치 및 장비는 깨끗하며 본질적으로 오염되어 있지 않으며, 특히 Al, Fe, 또는 B의 공급원을 제공하지 않도록 한다. 50 cc/분의 속도로 아르곤 가스가 튜브 노를 통해 흐른다. 이어서 상기 물질을 1400 ℃에서 1,650 ℃까지 7 내지 15시간 동안 가열하고(약 3 ℃/분 가열 속도) 이 온도에서 추가의 10시간 동안 유지한다. 이어서 노는 5시간에 걸쳐 서서히 700 ℃로 냉각시키고, 이어서 상기 노를 더 냉각시키고, 온도가 적어도 300 ℃ 미만일 때 단부 캡을 제거한다.
생성된 폴리실로카브 유도된 SiC를 상기 노로부터 제거한다.
실시예 15a
실시예 15의 라인을 따르는 공정은 정제된 흑연 절연처리된 흑연 진공-가능한 노 및 포트를 사용하여 수행하여 가스 유동 및 폐가스 유출/진공 배기를 허용한다. 시간당 고온 구역의 1 내지 6 체적 교환 간의 비에서 아르곤 가스가 이어서 흑연 노를 통해 유동한다. 이어서 상기 물질을 25 ℃에서 2100 ℃로 가열한다. 이 공정은 6-나인 순수 및 더 순수한 SiC를 제공할 수 있다.
실시예 15b
실시예 15 및 15a의 공정과 유사한 공정에서, 열분해 동안에 그리고 전환 동안에 가열, 냉각 및 둘 다의 속도는 약 1 ℃/분 내지 약 30 ℃/분, 약 3 ℃/분 내지 약 20 ℃/분, 약 10 ℃/분 내지 약 20 ℃/분, 및 보다 느리고 보다 빠른 속도 뿐만 아니라 다양한 속도의 조합, 예를 들어, 약 5 ℃/분에서 1시간 및 약 10 ℃/분에서 3시간일 수 있다. 특정 상승된 온도에서의 유지 시간은 약 0.25시간 내지 약 24시간, 약 1시간 내지 약 12시간, 약 3시간 내지 약 8시간, 24시간 미만, 12시간 미만, 8시간 미만일 수 있으며 더 길거나 더 짧은 시간 뿐만 아니라 특정 가열 사이클에서 유지 시간의 조합 및 변형이 사용될 수 있다.
실시예 16
폴리실로카브 제형은 모든 잠재적인 불순물을 실질적으로 제거하도록 세정 된 유리제품을 사용하여 청정실 환경에서 제조된다. 상기 제형을 균질하게 혼합 될 때까지 실온에서 블렌딩한 다음, 촉매를 첨가하고, 혼합물을 추가로 교반하여 촉매를 분배시킨다. 상기 폴리실로카브 제형은 이어서 다음과 같이 연속 공정에서 고순도 SiC로 가공된다.
청정실 환경에서, 상기 제형을 흑연 콘테이너에 위치시키고 경질 경화로 경화시킨다. 노에서 경화된 물질을 제거하지 않고, 경화된 물질을 SiOC로 변환시킨 다음 SiC로 변환시킨다. 이러한 가열 동안 불활성 비-반응성 가스를 노를 통해 유동시키고, 경화된 중합체를 세라믹 도가니에 위치시킨다. (N2가 종종 불활성으로 간주되지만, 고순도 SiOC 및 SiC의 제조시, 바람직하게는 열분해 또는 전환 가열시에 이를 피하는 것이 바람직한데, 이는 Si와 반응하여, 예를 들어, 산화질화규소, 질화규소 및 탄화질화규소와 같은 질화물-함유 종을 형성할 수 있기 때문이다.)
생성된 폴리실로카브 유도된 SiC를 상기 노로부터 제거한다.
실시예 17
도 5를 참조하면, SiOC 유도된 SiC를 제조하기 위한 및 상기 물질을 낮은 순도, 더욱 바람직하게는 고순도(예를 들어, 3-나인, 4-나인, 5-나인 이상, 및 바람직하게는 6-나인 또는 그 이상)로 제조하기 위한 시스템 및 방법의 양태의 개략적인 투시 흐름 다이아그램이 제공된다. 전구체 및 다른 물질을 함유하는 시스템의 라인, 밸브 및 내부 표면은 오염되지 않은, 예를 들어, 불순물의 공급원을 제공하는 물질, SiOC 및 유도된 SiC로 제조되거나 이로 코팅된다. 저장 탱크 150a, 150b는 액체 폴리실로카브 전구체를 보유한다. 이 양태에서, 전구체 중 하나 또는 둘 다 또는 어느 것도 액체 전구체로부터 임의의 불순물을 제거하기 위해 증류 장치 151a 및 증류 장치 151b를 통해 취해질 수 없다. 이어서 상기 액체 전구체는 혼합 용기 152로 이송되고, 여기서 혼합되어 전구체 배치를 형성하고 촉매 화된다. 청정실 환경 157a에서, 전구체 배치는 노 154에 배치하기 위해 용기 153 내로 패키징된다. 노 154는 스윕 가스 유입구 161 및 폐가스 제거 라인 162를 갖는다. 이어서 패키징되고 경화된 물질은 청정실 조건 하에서 여러 열분해 노 155a, 155b, 155c로 이송되며, 여기서 SiOC로부터 SiC로 전이된다. 노는 스윕 가스 유입구 라인 158a, 158b, 158c 각각과 2개의 폐가스 제거 라인 159a 및 160a, 159b 및 160b, 169c 및 160c 각각을 갖는다. 이어서 생성된 SiOC 유도된 SiC는 운송되거나 다른 공정에서 사용하기 위해 청정실 환경 157b에서 패키지된다(156). 폐가스는 시스템의 다양한 유닛으로부터 폐가스를 수집하는 유입구 라인 164를 갖는 폐가스 가공 어셈블리 163에서 처리, 세정되고 출발 물질 회수된다.
실시예 18
실시예 16의 공정으로부터 제조된 SiC는 99.999 순수하며 도 6의 X선 회절 스펙트럼을 갖는다. 상기 스펙트럼은, 스펙트럼의 영역 601이 7.551[°]에 상당하는 "위치 [° 2세타](구리)"; 스펙트럼의 영역 602가 16.737[°]에 상당하는 2.496 [°]; 스펙트럼의 영역 603이 35.644[°]에 상당하는 3.994[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 604가 41.357[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 605가 59.977[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 606이 71.730[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 607이 75.461[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 608이 89.958[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 609가 100.722[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 스펙트럼의 영역 610이 104.874[°]에 상당하는 1.498[°]; Si C; 및 스펙트럼의 영역 611이 119.903[°]에 상당하는 1.997[°]; Si C; 1.498[°]을 기반으로 한다.
실시예 19
40 %의 MHF 및 60 %의 TV를 갖는 폴리실로카브 제형을 2 % Pt 촉매와 혼합하였다. 촉매된 제형은 97.4 ppb(parts per billion) Al, 108.6 ppb Fe, 214 ppb B, 측정가능하지 않은 P 및 96 ppb Pt를 가졌다. 상기 촉매된 제형을 흑연 용기에 부어 넣고, 상기 흑연 용기를 알루미늄 튜브가 있고 흑연 내부를 갖춘 튜브 노에 위치시켰다. 온도가 1675 ℃에 도달할 때까지 상기 노를 3 ℃/분의 속도로 가열하고, 온도를 10시간 동안 유지하였다. 아르곤은 전체 가열 과정 동안 상기 노를 통해 유동시켰다. 수득한 SiC는 다음과 같은 불순물(ppm)을 갖는 3 나인 순수(즉, 99.9 % 순수)하다: Al 9.8, Fe 3.4, B 4.1, P 0.97, Pt 30, Ca 70, Mg 70, Li 53, Na 26, Ni 1.5, V 0.3, Pr 0.35, Ce 0.08, Cr 0.67, S 0.18, As 0.5.
실시예 20
실시예 19의 3 나인 순수 SiC 물질을 산 세척액(10 % HNO3 + 5 % HCl 용액)에 침지시킨 다음 탈이온수를 세정한다. 세척된 SiC는 순도가 5 나인이다.
실시예 21
실시예 19의 공정은 청정실 조건 및 프로토콜 하에서 수행되었다. 알루미나 노 튜브를 세라믹 노로 대체하고, B, Fe 및 P를 Amberlite IRA743과 같은 이온 교환 수지를 통해 출발 물질, 즉 MHF 및 TV로부터 제거하고, 스트리핑 또는 증류시켰다. 생성된 탄화 규소는 5 나인 순수이다.
실시예 22
실시예 21의 SiC 물질을 세척하고 헹구고, 세정된 물질은 6 나인 순수이다.
실시예 23
출발 물질은 초기에 500 ppb(parts per billion) Al, 5,000 ppb Fe, 500 ppb B, 1,700 ppb P를 갖는다. 이 실시예에 대한 청정실 조건 및 프로토콜을 사용하여, 출발 물질을 여과하여 세정한다. 40 %의 MHF 및 60 %의 TV를 갖는 폴리실로카브 제형은 세척된 출발 물질로부터 제조하고, 혼합하고 이에 0.25 %의 Pt 촉매 용액을 첨가한다. 촉매된 제형은 약 50 ppb 미만 Al, 약 50 ppb 미만 Fe, 약 50 ppb 미만 B, 약 50 ppb 미만 P 및 약 96 ppb 미만 Pt를 갖는다. 촉매된 제형을 흑연 용기에 부어 넣고, 이를 세라믹 내부를 갖는 노에 위치시킨다. 흑연 용기로부터 가열 요소를 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 노 내에 방패(shield)를 위치시킨다. 상기 노는 온도가 1700 ℃에 도달할 때까지 2.5 ℃/분의 속도로 가열하고 이때 온도를 12시간 동안 유지한다. 아르곤은 전체 가열 과정 동안 상기 노를 통해 유동한다. 수득한 SiC는 다음과 같은 불순물(ppm)을 갖는 5 나인 순수이다: Al 2.1, Fe 0.58, B 0.24, P 0.97, Pt 0.41, Ca < 0.5, Mg < 0.05, Li < 0.01, Na 0.09, Ni 1.5, V < 0.01, Pr < 0.05, Ce < 0.05, Cr < 0.1, S < 0.1, As < 0.5. SiC는 주로 베타 유형이다.
실시예 24
실시예 23의 SiC 물질을 세척하고 헹구고, 세정된 물질은 6 나인 순수이다.
실시예 25
이 실시예에 대한 청정실 조건 및 프로토콜을 사용하여, 세정된 출발 물질로부터 40 %의 MHF 및 60 %의 TV를 갖는 폴리실로카브 제형을 제조하고, 혼합하고 이에 0.25 %의 Pt 촉매를 첨가한다. 촉매된 제형을 흑연 용기에 부어 넣고, 이를 세라믹 내부를 갖는 노에 위치시킨다. 온도가 2250 ℃에 도달할 때까지 3 ℃/분의 속도로 상기 노를 가열하고 이때 온도를 12시간 동안 유지한다. 아르곤은 전체 가열 과정 동안 상기 노를 통해 유동한다. 수득한 SiC는 6 나인 순수이다. 상기 SiC는 알파 유형이다.
실시예 26
폴리실로카브 제형은 모든 잠재적인 불순물을 본질적으로 제거하도록 세정 된 유리제품을 사용하여 청정실 환경에서 제조된다. 상기 제형을 균질하게 혼합 될 때까지 실온에서 블렌딩한 다음, 촉매를 첨가하고, 혼합물을 추가로 교반하여 촉매를 분산시킨다. 상기 폴리실로카브 제형은 이어서 다음과 같이 연속 공정에서 고순도 SiC로 가공된다.
청정실 환경에서, 제형을 흑연 용기에 위치시키고 경질 경화로 경화시킨다. 노로부터 경화된 물질을 제거하지 않고, 경화된 물질을 SiOC로 변환시킨다. 이 가열 동안, 불활성의 비-반응성 가스, 예를 들어, Ar이 노를 통해 유동한다. 생성된 폴리실로카브 유도된 SiOC는 노로부터 제거된다. 이를 세척할 수 있으며 약 99.9999(예를 들어, 6나인)의 순도를 가지며, Al 및 B의 수준은 0.1 ppm 미만이다. SiOC는 나중에 사용하기 위해 오염으로부터 보호하기 위해 청정실 조건 및 프로토콜 하에서 저장된다.
실시예 27
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된다. 상기 제형은 약 800의 분자량을 갖는 30 %의 MHF 전구체 및 약 500의 분자량을 갖는 70 %의 TV 전구체 알릴 말단 폴리디메틸 실록산을 용기에서 함께 혼합하여 제조하고 나중에 SiOC 및 SiC를 제조하는데 사용하기 위해 저장고에 둔다. 폴리실로카브 제형은 실온에서 우수한 저장 수명을 가지며 전구체는 서로 반응하지 않는다. 폴리실로카브 제형은 점도가 약 10 cps이다.
실시예 28
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된다. 상기 제형은 약 800의 분자량을 갖는 10 %의 MHF 전구체, 약 1,000의 분자량을 갖는 73 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(10 %의 X를 가짐) 및 약 1,000의 분자량을 갖는 1 %의 OH 말단 전구체 실란올(하이드록시) 말단 폴리디메틸 실록산을 용기에서 함께 혼합하여 제조하고 나중에 SiOC 및 SiC를 제조하는데 사용하기 위해 저장고에 둔다. 폴리실로카브 제형은 실온에서 우수한 저장 수명을 가지며 전구체는 서로 반응하지 않는다. 폴리실로카브 제형은 점도가 약 18 cps이다.
실시예 29
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된다. 상기 제형은 약 800의 분자량을 갖는 0-90 %의 MH 전구체, 및 약 1000의 분자량을 갖는 0-90 %의 메틸 말단 페닐에틸 폴리실록산(10 %의 X를 가짐) 및 약 9400의 분자량을 갖는 0-30 %의 TV 전구체 및 0-30 %의 비닐 말단 전구체 알릴 말단 폴리디메틸 실록산 및 약 800의 분자량을 갖는 0-20 %의 OH 말단 전구체 실란올(하이드록시) 말단 폴리디메틸 실록산을 용기에서 함께 혼합하여 제조하고 나중에 SiOC 및 SiC를 형성하는데 사용하기 위해 저장고에 둔다. 폴리실로카브 제형은 실온에서 우수한 저장 수명을 가지며 전구체는 서로 반응하지 않는다. 폴리실로카브 제형은 점도가 약 100 cps이다.
실시예 30
혼합 유형의 방법을 사용하여 폴리실로카브 제형이 제형화된다. 상기 제형은 약 800의 분자량을 갖는 20-80 %의 MH 전구체, 및 분자량을 갖는 0-10 %의 TV 전구체 및 5-80 %의 비닐 말단 전구체 알릴 말단 폴리디메틸 실록산을 용기에서 함께 혼합하여 제조하고 나중에 SiOC 및 SiC를 제조하는데 사용하기 위해 저장고에 둔다. 폴리실로카브 제형은 실온에서 우수한 저장 수명을 가지며 전구체는 서로 반응하지 않는다. 폴리실로카브 제형은 점도가 약 300 cps이다.
실시예 31
반응 유형 공정을 사용하여 전구체 제형을 다음 제형을 사용하여 제조하였다. 반응 온도를 61 ℃에서 21시간 동안 유지하였다.
Figure pct00040
실시예 32
반응 유형 공정을 사용하여 전구체 제형을 다음 제형을 사용하여 제조하였다. 반응 온도를 72 ℃에서 21시간 동안 유지하였다.
Figure pct00041
실시예 33
반응 유형 공정을 사용하여 전구체 제형을 다음 제형을 사용하여 제조하였다. 반응 온도를 61 ℃에서 21시간 동안 유지하였다.
Figure pct00042
실시예 34
반응 유형 공정을 사용하여 전구체 제형을 다음 제형을 사용하여 제조하였다. 반응 온도를 61 ℃에서 21시간 동안 유지하였다.
Figure pct00043
실시예 35
반응 유형 공정을 사용하여 전구체 제형을 다음 제형을 사용하여 제조하였다. 반응 온도를 61 ℃에서 21시간 동안 유지하였다.
Figure pct00044
실시예 35
도 7을 참조하면, SiC 결정 및 결정질 구조를 성장시키기 위한 장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 기상 증착 장치 700은 다양한 가열 요소, 예를 들어, 702와 결합되는 (예를 들어, 열적으로 결합된, 전자기 에너지를 전달하도록 배치된, 그 둘레를 감싸는) 용기 701을 갖는다. 가열 요소는 적어도 2개의 상이한 온도 구역, 구역 A, 702a 및 구역 B, 702b를 제공하도록 구성되고 작동된다. 용기 701의 내부에는 Si 및 C의 공급원인 중합체 유도된 세라믹 703이 있다. 또한, 용기 701 내부에는 결정 성장된 초기 제품 704가 있다.
따라서, 일반적으로 중합체 유도된 세라믹 703을 SiC를 일반적으로 약 2,000 ℃ 초과의 온도로 승온시키는 구역 A 702a의 온도로 가열한다. 이어서 Si C 증기는 구역 A보다 더 차가운 온도 구역 B로 상승한다. Si C 증기는 초기 제품 704 상에서 SiC로서 침착된다.
장치 700의 개략도는 크게 단순화된 교시적 설명이며, 상업적 및 산업적 장치는 제어 시스템, 모니터, 가스 취급 및 기타 장치와 같은 추가의 구성요소를 가질 수 있으며, 본 명세서의 교시에 부분적으로 기초할 수 있는 새로운 장치 및 구성 뿐만 아니라 현재 당업자에게 공지된 상이한 구성을 가질 수도 있음이 이해된다.
실시예 35a
기상 증착 장치 701에서 중합체 유도된 세라믹 703은 고순도 SiOC이다. 구역 A의 온도는 점진적으로 증가되어 설정 온도로 유지되어 SiOC를 SiC로 전이시킨 다음 SiC를 승화시켜 초기 제품 704 상에 SiC 결정을 형성하게 한다.
실시예 35b
이 실시예에서 초기 제품 704는 씨드 결정이며, 구역 A에서 중합체 유도된 SiC로부터 침착된 SiC는 알파 단결정질 보울을 형성한다. 이 보울은 폴리실로카브 유도된 SiC 웨이퍼를 형성하도록 절단된다.
실시예 35c
이 실시예에서 초기 제품 704는 Si 기판이고, 구역 A에서 중합체 유도된 SiC로부터의 SiC는 Si 기판 상에 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층으로서 기판 상에 침착된다.
실시예 35d
기상 증착 장치 701에서, 중합체 유도된 세라믹 703은 6 나인 순도를 갖는 고순도 SiOC이다. 구역 A의 온도는 점진적으로 증가되어 설정 온도로 유지되어 SiOC를 SiC로 전이시킨 다음 SiC를 승화시켜 초기 제품 704 상에 SiC 결정을 형성하게 한다.
실시예 35e
기상 증착 장치 701에서, 중합체 유도된 세라믹 703은 20 ppm 미만의 Al을 갖는 고순도 SiOC이다. 구역 A의 온도는 점진적으로 증가되어 설정 온도로 유지되어 SiOC를 SiC로 전이시킨 다음 SiC를 승화시켜 초기 제품 704 상에 SiC 결정을 형성하게 한다.
실시예 35f
기상 증착 장치 701에서, 중합체 유도된 세라믹 703은 20 ppm 미만의 Al을 갖는 고순도 폴리실로카브 유도된 SiC이다. SiC는 씨드 결정인 초기 제품 704 상에 SiC 결정을 형성하도록 승화시킨다.
실시예 36
기상 증착 장치 701은 고온 벽 반응기이다.
실시예 37
기상 증착 장치 701은 다중웨이퍼 반응기이다.
실시예 38
기상 증착 장치 701은 굴뚝 반응기이다.
실시예 39
폴리실로카브 유도된 SiC의 보울은 길이가 약 1 인치이고 직경이 약 4 인치이다. 상기 보울은 알파 유형이며 마이크로파이프가 없다. 보울은 100 미만, 10 미만, 바람직하게는 1 미만의 미세기공을 갖는다.
실시예 39a
폴리실로카브 유도된 SiC의 보울은 마이크로파이프 밀도가 < 10/cm2, < 5/cm2, < 1/cm2, < 0.5/cm2 및 가장 바람직하게 < 0.1/cm2이다.
실시예 40
금속-반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFET)는 폴리실로카브 유도된 SiC로부터 제조된다. 이 MESFET는 45 GHz 주파수 범위에서 작동하는 화합물 반도체 장치에 통합된다.
실시예 41
금속-반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFET)는 폴리실로카브 유도된 SiC로 제조된다. 이 MESFET는 이동전화 기지국의 요소에 통합된다.
실시예 42
폴리실로카브 유도된 SiC의 보울은 길이가 약 2 인치이고 직경이 약 4 인치이다. 상기 보울은 반도체 장치용 p 웨이퍼를 형성하도록 도핑된다.
실시예 43
폴리실로카브 유도된 SiC의 보울은 길이가 약 2 인치이고 직경이 약 4 인치이다. 상기 보울은 반도체 장치용 n 웨이퍼를 형성하도록 도핑된다.
실시예 44
도 8을 참조하면, SiC 결정 및 결정질 구조를 성장시키기 위한 장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 기상 증착 장치 800은 열원 802와 연합된 용기 801을 갖는다. 열원 및 용기 및 열원은 본 명세서에 기재되거나 당업계에 공지된 임의의 어셈블리일 수 있다. 열원은 적어도 2개의 상이한 온도 구역, 구역 A, 802a 및 구역 B, 802b를 제공하도록 구성되고 작동된다. 용기 801의 내부에는 Si 및 C의 공급원인 중합체 유도된 세라믹 803이 있다. 중합체 유도된 세라믹 803은 실시예 14에 따라 경화되고 SiC로 변형된 실시예 6의 폴리실로카브이다. 또한, 용기 801은 결정 성장된 개시 제품 804이다.
따라서, 일반적으로, 상기 중합체 유도된 세라믹 803은 구역 A 802a에서 SiC가 승화되도록 하는 온도, 일반적으로 약 2,400 ℃ 초과의 온도로 가열된다. 이어서 SiC 증기는 구역 A 보다 더 차가운 온도 구역 B로 상승한다. SiC 증기는 초기 제품 804 상에 SiC로서 침적된다.
장치 800의 개략도는 크게 단순화된 교시적 설명이고, 상업적 및 산업적 장치는 제어 시스템, 모니터, 가스 취급 및 다른 장치와 같은 추가의 구성요소를 가질 수 있고 또한 본 명세서의 교시에 부분적으로 근거할 수 있는 새로운 장치 및 구성 뿐만 아니라 당업자에게 현재 공지된 상이한 구성을 가질 수 있다.
실시예 45
도 9를 참조하면, 성장하는 SiC 결정 및 결정질 구조를 성장시키기 위한 장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 기상 증착 장치 900은 열원 902와 연합된 용기 901을 갖는다. 열원, 및 용기 및 열원은 본 명세서에 기재되거나 당업계에 공지된 임의의 어셈블리일 수 있다. 열원은 적어도 2개의 상이한 온도 구역, 구역 A, 902a, 및 구역 B, 902b를 제공하도록 구성되고 작동된다. 용기 901의 내부에는 Si 및 C의 공급원인 중합체 유도된 세라믹 903이 있다. 중합체 유도된 세라믹 903은 실시예 15에 따른 SiC로 경화되고 전환된 실시예 7의 폴리실로카브이다. 추가로, 용기 901의 내부에는 결정 성장된 초기 제품 904가 있다.
따라서, 일반적으로 중합체 유도된 세라믹 903은 구역 A 902a에서 SiC가 승화되도록 하는 온도, 일반적으로 약 2,500 ℃의 온도로 가열된다. 이어서 SiC 증기는 구역 A 보다 더 차가운 온도 구역 B로 상승한다. SiC 증기는 초기 제품 904 상에 SiC로서 침적된다.
장치 900의 개략도는 크게 단순화된 교시적 설명이고 상업적 및 산업적 장치가 제어 시스템, 모니터, 가스 취급 및 다른 장치와 같은 추가의 구성요소를 가질 수 있고 또한 본 명세서의 교시에 부분적으로 근거할 수 있는 새로운 장치 및 구성 뿐만 아니라 현재 당업자에게 공지된 상이한 구성을 가질 수 있다.
실시예 46
폴리실로카브 유도된 SiC 물질에서 과량 또는 부가된 탄소는 소결 조제로서 기능하는 것으로 이론화된다. 약 0.05 % 내지 0.5 % 과량의 탄소를 갖는, 적어도 약 7-나인의 순도를 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC는 작은 입자, 약 0.1 ㎛로 형성된다. 이들 입자는 이어서 함께 소결되어 SiC 제품을 형성한다. 어떠한 추가의 소결 조제도 고체 SiC 제품을 형성하기 위해 요구되지 않는다. 상기 "탄소-소결된" 제품은 통상의 소결 조제의 사용으로 형성된 유사한 제품 보다 실질적으로 보다 강하다.
실시예 46a
적어도 약 7-나인의 순도를 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC는 작은 입자, 약 0.1 ㎛로 형성된다. 이들 입자는 이어서 함께 소결되어 SiC 제품을 형성한다. 어떠한 추가의 소결 조제도 고체 SiC 제품을 형성하기 위해 요구되지 않는다. 상기 "자가" 소결된 제품은 통상의 소결 조제의 사용과 함께 형성된 유사한 제품 보다 실질적으로 더 강하다.
실시예 47
고순도의 폴리실로카브 유도된 SiC는 작은 입자로 형성된다. 입자 크기는 미리 선택된 광 파장 또는 광 파장 범위에 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 작다. SiC 입자는 함께 소결되어 광소자를 형성하고 이는 미리 선택된 파장에 투과성이다.
실시예 48
폴리실로카브 유도된 SiC의 블록은 다공성이다. 폴리실로카브 물질의 블록은 기상 증착 장치에 사용하기 위한 것이다.
실시예 49
이의 표면 상에 산화물 층이 본질적으로 없는 폴리실로카브 유도된 SiC 입자.
실시예 50
약 3.2 eV의 밴드 갭을 갖는 SiC 반도체 물질을 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC 고온 전계 효과 가스 센서. 상기 센서는 1,000 ℃의 높은 온도에서 작동할 수 있다.
실시예 51
폴리실로카브 유도된 SiC GTO (게이트 턴오프 사이리스터(gate turnoff thyristor))는 3-상 dc-ac 인버터의 구성요소이다. 상기 장치는 약 1,200-V 정배향 블록킹 전압 및 제어 가능한 밀도의 500 A/cm2를 제공할 수 있다.
실시예 52
0.25 ㎛ 미만 (및 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 및 그 보다 더 작은)의 평균 직경을 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC 입자는 본질적으로 이들의 표면 상에 산화물 층이 없다. 상기 SiC 입자는 레디 투 프레스(RTP)이고, 예를 들어, 이들은 소결 조제의 최소 사용과 함께 및 바람직하게는 소결 조제에 대한 필요성 없이 체적 형상으로 소결될 수 있다. 자가 소결된 SiC 입자는 소결 조제의 사용과 함께 형성된 유사한 SiC 제품 보다 실질적으로 더 강하다.
실시예 52a
폴리실로카브 유도된 고순도 SiC 입자가 적어도 5-나인 순수한 실시예 52의 SiC 입자는 소결시켜 SiC 광학체를 형성한다.
실시예 52b
폴리실로카브 유도된 고순도 SiC 입자가 적어도 3-나인 순수한 실시예 52의 SiC 입자는 소결시켜 SiC 웨이퍼를 형성한다.
실시예 52c
폴리실로카브 유도된 고순도 SiC 입자가 7 나인 순수한 실시예 52의 SiC 입자는 바람직하게는 소결 조제의 사용 없이 소결시켜 SiC 웨이퍼를 형성한다.
실시예 53
전구체 제형은 0.5 %의 Luperox 231 퍼옥사이드 촉매와 함께 20 g의 테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산의 중합을 사용하여 제조하였다. 상기 제형은 60분 동안 115 ℃에서 경화시켰다. 경화된 중합체는 1675 ℃에서 SiC로 전환시켰다. 최종 밀도는 3.2 g/cc로 측정되었다.
실시예 54
200 g의 테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산은 사용 전에 증류에 의해 정제하였다. 전구체 제형은 20 g의 증류된 테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산을 사용하여 제조하고 0.5 %의 Luperox 231로 촉매하였다. 상기 제형은 60분 동안 115 ℃에서 경화시켰다. 상기 경화된 중합체는 1675 ℃에서 SiC로 전환시켰다. 최종 밀도는 3.2g/cc로 측정되었다.
실시예 55
전구체 제형은 2 g MH 및 18 g의 TV를 사용하여 제조하였다. 2 ppm의 Pt 촉매 뿐만 아니라 0.5 %의 Luperox 231을 첨가하였다. 상기 제형은 60분 동안 115 ℃에서 경화시켰다. 상기 경화된 중합체는 1675 ℃에서 SiC로 전환시켰다. 최종 밀도는 3.2g/cc로 측정되었다.
실시예 56
전구체 제형은 99 %의 MH 및 1 %의 Pt 촉매 용액 (10 ppm)을 사용하여 제조하였다. 상기 제형은 60분 동안 115 ℃에서 경화시키고 2시간 동안 1000 ℃로 열분해시켰다.
실시예 57
퍼옥사이드 촉매는 실시예 1 내지 3의 폴리실로카브 제형에 첨가하고 이들 촉매된 제형은 50-120 ℃의 고온수 욕조에 적가하여 (예를 들어, 제형의 소적을 적가하여) 경화시켰다. 고온수 욕조 내 시간은 약 1-2분이었다. 경화된 적가 구조물을 이어서 약 60분 동안 950 ℃에서 열분해시켰다. 열분해된 구조물은 약 1 g/cc 미만의 밀도, 약 60 마이크론 내지 약 2 mm의 직경, 및 약 0.5-2 ksi의 파쇄 강도를 갖는 중공 구형이다. 이들 중공 구형은 이어서 1 마이크론 미만의 크기로 밀링하였다.
실시예 58
10 ppm의 백금 촉매는 실시예 4 내지 10의 폴리실로카브 욕조 각각에 첨가하고 이들 촉매된 욕조는 트레이 상에 적가하여 소적물을 형성하고 약 30분 동안 약 약 125 ℃에서 공기 오븐에서 경화시킨다. 상기 경화된 적가 구조물은 약 1.1 -1.7 g/cc의 밀도, 약 200 마이크론 내지 약 2 mm의 직경 및 약 3-7 ksi의 파쇄 강도를 갖는 약간 비-구형 비드이다.
실시예 59
퍼옥사이드 촉매된 폴리실로카브 욕조를 보다 강한 교반하에서 및 바람직하게는 계면활성제의 존재하에서, 보다 바람직하게는 불순물을 구성하지 않는 계면활성제의 존재하에 50-95 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에 형성된 미처리 경화된 서브마이크론 비드(예를 들어, < 1 ㎛)는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 경화시키고 열분해시키고 SiC로 전환시킨다.
실시예 60
퍼옥사이드 촉매된 폴리실로카브 욕조는 강한 교반하에서 및 바람직하게는 계면활성제의 존재하에서, 보다 바람직하게는 불순물을 구성하지 않는 계면활성제의 존재하에 50-95 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에서 형성된 미처리 경화된 비드는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 물로부터 제거할 수 있거나 이후 사용을 위해, 예를 들어, SiC로 전환시키기 위해 물에 유지한다.
실시예 61
실시예 1 내지 13으로부터의 퍼옥사이드 촉매된 폴리실로카브 욕조는 강한 교반하에서 및 바람직하게는 계면활성제의 존재하에서, 보다 바람직하게는 불순물을 구성하지 않는 계면활성제의 존재하에 80 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에 형성된 미처리 경화된 2 ㎛ 비드는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 경화시키고 열분해시킨다.
실시예 62
실시예 1 내지 13으로부터의 백금 촉매된 폴리실로카브 욕조는 교반 하에 100 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에 형성된 미처리 경화된 2 mm 비드는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 경화시키고, 열분해시키고 SiC로 전환시킨다.
실시예 63
퍼옥사이드 촉매된 폴리실로카브 욕조는 강한 교반하에서 및 바람직하게는 계면활성제의 존재하에서, 보다 바람직하게는 불순물을 구성하지 않는 계면활성제의 존재하에 50-95 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에서 형성된 미처리 경화된 5 ㎛ 비드(예를 들어, < 1)는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 경화시키고, 열분해시키고 SiC로 전환시킨다.
실시예 64
퍼옥사이드 촉매된 폴리실로카브 욕조는 강한 교반하에서 및 바람직하게는 계면활성제의 존재하에서, 보다 바람직하게는 불순물을 구성하지 않는 계면활성제의 존재하에 95 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에 형성된 미처리 경화된 비드는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 물로부터 제거하고 이후 사용을 위해, 예를 들어, SiC로의 전환을 위해 물에 유지한다.
실시예 65
실시예 1 내지 13으로부터 퍼옥사이드 촉매된 폴리실로카브 욕조는 강한 교반하에서 및 바람직하게는 계면활성제의 존재하에서, 보다 바람직하게는 불순물을 구성하지 않는 계면활성제의 존재하에 80 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에 형성된 미처리 경화된 2 ㎛ 비드는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 경화시키고 열분해시키고 SiC로 전환시킨다.
실시예 66
실시예 1 내지 13으로부터 백금 촉매된 폴리실로카브 욕조는 교반하에 100 ℃에서 물 욕조에 첨가한다. 물 욕조에 형성된 미처리 경화된 2 mm 비드는 이어서 물 욕조로부터 제거한다. 미처리 경화된 비드는 이어서 경화시키고, 열분해시키고 SiC로 전환시킨다.
실시예 67
약 0.4 ㎛의 평균 직경을 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC 입자는 이들의 표면 상에 산화물 층이 근본적으로 없다. SiC 입자는 레디 투 프레스(RTP)이고, 예를 들어, 이들은 소결 조제의 최소 사용과 함께 바람직하게는 소결 조제에 대한 필요 없이 체적 형상으로 소결시킬 수 있다.
실시예 68
약 0.6 ㎛의 평균 직경을 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC 입자는 이들의 표면 상에 산화물 층이 본질적으로 없다. SiC 입자는 레디 투 프레스(RTP)이고, 예를 들어, 이들은 소결 조제의 최소 사용과 함께 및 바람직하게는 소결 조제에 대한 필요 없이 체적 형상으로 소결시킬 수 있다.
실시예 69
약 0.4 내지 0.6 ㎛의 평균 직경을 갖는 폴리실로카브 유도된 SiC 입자는 이들의 표면 상에 산화물 층이 본질적으로 없다. SiC 입자는 레디 투 프레스(RTP)이고, 예를 들어, 이들은 소결 조제의 최소 사용과 함께 및 바람직하게는 소결 조제에 대한 필요 없이 체적 형상으로 소결시킬 수 있다.
실시예 70
블라스트 및 충격 방패는 시트 물질로 소결된 고순도의 폴리실로카브 탄화수소의 다수의 층 중 하나를 사용하여 형성된다. 폴리실로카브 유도된 탄화수소 시트의 층은 기판에 결합시킨다. 상기 층은 보강될 수 있고 층 사이에 다양한 위브 패턴을 갖도록 수행될 수 있다. 상기 복합 층 구조는 블라스트, 발사체 및 폭발에 대해 보호를 제공한다. 상기 방패는 통상의 방패 및 갑옷 보다 중량이 덜 나가고 균등하거나 보다 우수한 보호를 제공한다.
실시예 71
블라스트 및 충격 방패는 6-나인 순도를 갖고, 산소를 함유하지 않는 고순도의 폴리실로카브 탄화규소의 하나 이상의 층을 사용하여 형되고 0.1 마이크론의 입자 크기는 소결 조제 필요 없이 시트 물질로 소결된다. 폴리실로카브 유도된 탄화규소 시트는 블라스트 및 충격 방패에서 하나의 구성요소로서 사용한다. 이것은 개인 신체 갑옷 및 장갑차에 사용될 수 있다.
실시예 72
탄도 복합 구조물은 12개 층의 1200 g/m2 섬유유리, 20개 층을 제조하기 위한 5개 섹션에서 0,45,-45,90으로 배향된 20개 층의 단일방향 탄소 섬유 및 안면 시트(face sheet)로서 1개 층의 폴리실로카브 유도된 탄화수소를 갖는다. 섬유유리는 폴리실로카브 욕조 및 150 내지 160 ℃에서 가온 프레스를 사용하여 1 내지 2시간 동안 및 최소 500 psi 압력을 사용하여 함께 결합시켜 섬유유리 플레이트를 형성한다. 20개 층의 탄소 섬유 옷은 동일한 조건 하에서 함께 결합시켜 탄소 섬유 플레이트를 형성할 수 있다. 섬유유리 플레이트, 탄소 섬유 플레이트 및 폴리실로카브 탄화규소 유도된 시트는 탄화수소 시트와 탄소 섬유 플레이트 사이에서 및 탄소 섬유 플레이트와 섬유유리 플레이트 사이에서 결합제로서 폴리실로카브 욕조를 사용하여 1단계로 결합시킨다.
실시예 73
본 명세서에 제공되고 적어도 약 5-나인, 및 바람직하게는 약 6-나인 순도를 갖는 초순수 SiOC의 제형은 이의 전문이 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제5,180,694호에 기재되고 교시된 공정에서 투명한 SiOC 제품을 제조하기 위해 사용된다.
실시예 74
본 명세서에 제공되고 적어도 약 5-나인, 및 바람직하게는 약 6-나인의 순도를 갖는 초순수 SiOC의 제형은 미국 특허 제8,981,564호에 기재되고 교시된 제품 및 공정에서 SiOC 층 및 코팅물을 제조하기 위해 사용된다.
실시예 75
본 명세서에 제공되고 적어도 약 5-나인, 및 바람직하게는 약 6-나인 순도를 갖는 초순수 SiOC의 제형은 미국 특허 제8,778.814호에 기재되고 교시된 제품 및 공정에서 SiOC 층 및 코팅물을 제조하기 위해 사용된다.
본 발명의 과제이거나 본 발명의 구현예와 관련된 신규하고 혁신적인 공정, 물질, 수행능 또는 다른 이로운 특징들이 기반으로 하는 이론을 제공하거나 해결하기 위한 요건이 불필요한 것으로 주지된다. 그럼에도 불구하고 다양한 이론이 당업계의 기술을 추가로 진보시키기 위해 본원에 제공된다. 본원에 제시된 이들 이론 및 다르게 명백하게 진술되지 않는 경우, 어떠한 방식으로든지 청구된 발명의 보호 범위를 제한하거나 좁히지 않는다. 이들 이론은 본 발명을 활용하기 위해 요구되거나 수행될 수 없다. 본 발명은 본 발명의 방법, 제품, 물질, 장치 및 시스템의 기능-특징들을 설명하기 위해 새롭고 지금까지 공지되지 않은 이론을 유도할 수 있는 것으로 추가로 이해되고 이후 개발된 이론은 본 발명에 제공된 보호 범위를 제한하지 않는다.
본원에 제시된 제형, 욕조, 물질, 조성물, 장치. 시스템. 장치, 작동 활동 및 방법의 다양한 구현예는 다양한 분야에서 사용될 수 있고, 여기서, SiC 및 Si 는 SiC, Si 및 둘 다가 실행가능한 방식에서 수행할 수 없는 (비용, 수행능 또는 둘 다) 다른 분야에서 뿐만 아니라 응용성을 갖는다. 추가로, 본원에 제시된 이들 다양한 구현예는 상이하고 다양한 조합으로서 서로 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본원의 다양한 구현예에서 제공된 구성은 서로 사용될 수 있고 본 발명에 제공된 보호 범위는 특정 구현예, 실시예 또는 특정 도면에서의 구현예에 제시된 특정 구현예, 구성 또는 정렬로 제한되지 말아야 한다.
본 발명은 이들의 취지 또는 필수 특징들로부터 벗어나는 것 없이 본원에 구체적으로 기재된 것들 보다 다른 형태로 구현될 수 있다. 기재된 구현예는 모든 측면에서 고려되어야만 하고 예시적이지만 제한적이지 않은 것이다.

Claims (78)

  1. 탄화규소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 무용매 액체를 제공하는 단계;
    b. 상기 액체를 경화시켜 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 경화된 물질을 제공하는 단계;
    c. 상기 경화된 물질을 150 ℃ 미만의 온도에서 갖는 단계;
    d. 상기 경화된 물질을 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 세라믹 물질로 변형시키는 단계; 및
    e. 상기 세라믹 물질로부터 본질적으로 모든 산소를 제거하는 단계
    를 포함하는, 탄화규소를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액체가 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형인, 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 액체가 약 50 % 내지 65 % 탄소, 약 20 % 내지 30 % 산소 및 약 15 % 내지 20 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형인, 방법.
  4. 제 1항에 있어서, CO를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 적어도 99.9999 % 순수한, 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 약 100 ppm 미만의 Al을 갖는, 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 약 10 ppm 미만의 Al을 갖는, 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 탄화규소가 약 1 ppm 미만의 Al을 갖는, 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 약 100 ppm 미만의 B를 갖는, 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 약 10 ppm 미만의 B를 갖는, 방법.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 탄화규소가 약 1 ppm 미만의 B를 갖는, 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 총 약 1,000 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는, 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 탄화규소가 생성되고 이때 상기 탄화규소가 총 약 500 ppm 미만의 Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는, 방법.
  14. 제 5항에 있어서, 상기 액체가 폴리실로카브 전구체 제형이고; 상기 탄화규소가 알파 유형인, 방법.
  15. 제 5항에 있어서, 상기 액체가 폴리실로카브 전구체 제형이고; 상기 탄화규소가 베파 타입인, 방법.
  16. 제 5항에 있어서, 상기 액체가 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 상기 탄화규소가 알파 유형인, 방법.
  17. 탄화규소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 제공하는 단계(여기서, 상기 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이고; 상기 액체 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다);
    b. 상기 액체를 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 경화된 물질로 경화시키는 단계(여기서, 상기 경화된 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다);
    c. 상기 경화된 물질을 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 세라믹 물질로 변형시키는 단계(여기서, 상기 세라믹 물질은 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다); 및
    d. 상기 세라믹 물질로부터 본질적으로 모든 산소를 제거하고 이로써 SiC가 제공되는 단계(여기서, 상기 SiC는 총 약 100 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는다)
    를 포함하는, 탄화규소를 제조하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 탄화규소가 다결정질인, 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 탄화규소가 단결정질인, 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 탄화규소가 99 % 이상 알파 유형인, 방법.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 탄화규소가 50 % 이상 베타 타입인, 방법.
  22. 제 17항에 있어서, 상기 탄화규소가 퍽(puck), 브리켓(briquette), 벽돌, 환제, 디스크 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택된 형상인 것인, 방법.
  23. 제 17항에 있어서, 상기 탄화규소가 체적 형상(volumetric shape)인 것이고, 상기 체적 형상이 상기 탄화규소의 경도의 1/3 미만의 경도를 갖는, 방법.
  24. 탄화규소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 탄소, 산소를 포함하는 액체를 촉매하는 단계(여기서, 상기 액체는 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형이다);
    b. 상기 촉매된 액체를 불활성 가스의 존재하에 70 ℃ 초과의 온도에서 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 고체 물질로 경화시키고 적어도 약 99.99 % 순도를 갖는 단계;
    c. 상기 경화된 물질을 1,750 ℃ 초과의 온도에서 본질적으로 경도를 갖는 탄화규소 입자로 이루어진 세라믹 물질로 변형시키는 단계(여기서, 상기 입자는 총 10 ppm 미만의 Al, Fe 및 B를 갖는다); 및
    d. 상기 탄화규소 입자를 체적 형상으로 형성하는 단계(여기서, 상기 체적 형상은 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/4 미만의 경도를 갖는다)
    를 포함하는, 탄화규소를 제조하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 탄화규소가 3C, 2H, 4H, 6H, 8H 및 15R로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다형(polytype)인, 방법.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 체적 형상 경도가 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/10 미만인, 방법.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 체적 형상 경도가 상기 탄화규소 입자의 경도의 1/20 미만인, 방법.
  28. 제 24항에 있어서, 상기 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비가 약 25 % Si, 약 50 % C 및 약 25 % O인, 방법.
  29. 제 24항에 있어서, 상기 액체 내의 규소 대 탄소 대 탄소의 몰비가 약 20 % Si, 약 60 % C 및 약 20 % O인, 방법.
  30. 제 24항에 있어서, 상기 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 비가 약 23 % Si, 약 54 % C 및 약 23 % O인, 방법.
  31. 제 24항에 있어서, 상기 액체 내의 규소 대 탄소 대 산소의 몰비가 약 22 % Si, 약 56 % C 및 약 22 % O인, 방법.
  32. 제 24항에 있어서, 상기 액체 내의 규소 대 탄소 대 탄소의 몰비가 약 1.37 Si, 약 2.73 C 및 약 1.37 O인, 방법.
  33. 제 24항에 있어서, 상기 탄화규소의 체적 형상이 총 약 50 ppm 미만의 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는, 방법.
  34. 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로서, 상기 조성물은
    a. SiC4 구성을 포함하고;
    b. 상기 조성물은 표면을 한정하고, 상기 조성물 표면은 표준 주위 온도 및 압력 하에서 내산화성이며 이로써 상기 표면은 표준 주위 온도 및 압력에서 본질적으로 산화물 층이 없으며;
    c. 상기 조성물은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 총 불순물이 1 ppm 미만인, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 SiC4 구성이 큐브 구조 및 사면체 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 SiC4 구성이 3C-SiC, β-SiC, 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H 및 51R로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물.
  37. 제 34항에 있어서, 상기 SiC4 구성이 ABCABC의 적층 순서, ABAB의 적층 순서, ABCBABCB의 적층 순서 및 ABCACBABCACB의 적층 순서로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물.
  38. 약 2.26 eV 내지 약 3.33 eV의 밴드 갭을 갖는 제 34항의 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는, 반도체.
  39. 약 1 MV/cm 초과의 Emax를 갖는 제 34항의 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는, 전력 장치.
  40. 약 2 MV/cm 초과의 Emax를 갖는 제 34항의 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는, 전력 장치.
  41. 2×107 cm/sec2의 포화 편향 속도(saturation drift velocity)를 갖는 제 34항의 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 SiC 웨이퍼를 포함하는, 고주파 장치.
  42. 실온에서 약 4.0 W/(cm-K) 초과의 열전도율을 갖는, 제 34항의 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로부터 제조된 제품.
  43. 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체(friable mass)로서,
    a. 입자가 SiC4 구성을 포함하는, 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하고;
    b. 상기 과립형 입자가 체적 형상을 한정하고;
    c. 상기 과립형 입자가 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 GPa의 탄성 모듈러스 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며;
    d. 상기 체적 형상이 약 2.5 g/cc 미만의 겉보기 밀도, 약 205 GPa 미만의 탄성 모듈러스 및 약 2,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며;
    e. 상기 체적 형상이 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만인, 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 체적 형상이, 본질적으로 산화물 층이 없는 표면을 한정하는, 부서지기 쉬운 질량체.
  45. 제 43항에 있어서, 상기 체적 형상이 퍽, 브리켓, 벽돌, 펠렛, 디스크, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택되는, 부서지기 쉬운 질량체.
  46. 제 43항에 있어서, 상기 체적 형상 탄성 모듈이 약 100 GPa 미만이고, 압축 강도가 약 1,000 MPa 미만인, 부서지기 쉬운 질량체.
  47. 제 43항에 있어서, 상기 체적 형상 탄성 모듈이 약 10 GPa 미만이고, 압축 강도가 약 500 MPa 미만인, 부서지기 쉬운 질량체.
  48. 기판 상의 에피택셜(epitaxial) 폴리실로카브 유도된 SiC 층으로서, 상기 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층은
    a. 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC 조성물로 제조되고 상기 조성물은
    i. SiC4 구성을 포함하고;
    ii. 상기 조성물은 표면을 한정하고, 상기 조성물 표면은 표준 주위 온도 및 압력 하에서 내산화성이며 이로써 상기 표면은 표준 주위 온도 및 압력에서 본질적으로 산화물 층이 없으며;
    iii. 상기 조성물은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 총 불순물이 1 ppm 미만이며;
    b. 이로써 상기 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층이 실질적으로 1 ppm 미만의 불순물을 갖는 불순물이 없는, 기판 상의 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 불순물이 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 기판 상의 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층.
  50. 제 48항에 있어서, 상기 불순물이 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조성물.
  51. 제 48항에 있어서, 상기 불순물이 Al, Fe, B, P 및 N으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 기판 상의 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층.
  52. 제 48항에 있어서, 상기 불순물이 Al, Fe, B, P 및 N으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조성물.
  53. 제 48항에 있어서, 상기 불순물이 Al, Fe, B, P 및 Na로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 기판 상의 에피택셜 폴리실로카브 유도된 SiC 층.
  54. 폴리실로카브 유도된 SiC 보울(boule)로서,
    a. 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이는 약 1 인치를 초과하며 상기 직경은 약 2 인치를 초과하며;
    b. 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체의 기상 증착에 의해 제조되고, 상기 부서지기 쉬운 질량체가:
    c. 입자가 SiC4 구성을 포함하는 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하고;
    d. 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하고;
    e. 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 GPa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며;
    f. 상기 체적 형상은 약 2.0 g/cc 미만의 겉보기 밀도, 약 100 GPa 미만의 탄성 모듈 및 약 1,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며;
    g. 상기 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe, B, P, Ca, Mg, Na, Ni, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이며,
    h. 이로써 상기 폴리실리카브 유도된 SiC 보올이 실질적으로 마이크로파이프가 없는, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울.
  55. 제 54항에 있어서, 상기 직경이 적어도 9 인치이고, 상기 길이가 적어도 4 인치인, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울.
  56. 제 54항에 있어서, 상기 볼이 1 마이크로파이프/cm2 미만인, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울.
  57. 제 54항에 있어서, 상기 볼이 0.5 마이크로파이프/cm2 미만인, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울.
  58. 제 54항에 있어서, 상기 불순물이 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  59. 폴리실로카브 유도된 SiC 보울을 제조하는 방법으로서, 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이가 약 1 인치를 초과하며 상기 직경이 약 2 인치를 초과하며, 상기 방법은
    a. 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울은 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 질량체의 기상 증착에 의해 제조되며, 상기 질량체는:
    b. 입자가 SiC4 구성을 포함하는, 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하며;
    c. 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하며;
    d. 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 Gpa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며;
    e. 상기 체적 형상은 약 2.0 g/cc 미만의 벌크 밀도, 약 100 Gpa 미만의 탄성 모듈 및 약 1,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며;
    f. 상기 체적 형상은 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe 및 B로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이며,
    g. 이로써 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 1 마이크로파이프/cm2 미만인, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울을 제조하는 방법.
  60. 폴리실로카브 유도된 SiC 보울을 제조하는 방법으로서, 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 길이 및 직경을 한정하며, 상기 길이가 약 1 인치를 초과하며 상기 직경이 약 2 인치를 초과하며, 상기 방법은
    a. 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 고순도 중합체 유도된 세라믹 SiC의 부서지기 쉬운 질량체의 기상 증착에 의해 제조되고, 상기 부서지기 쉬운 질량체는:
    b. 입자가 SiC4 구성을 포함하는, 중합체 유도된 SiC 과립형 입자를 포함하며;
    c. 상기 과립형 입자는 체적 형상을 한정하며;
    d. 상기 과립형 입자는 약 3.0 g/cc 내지 약 3.5 g/cc의 실제 밀도, 약 410 Gpa의 탄성 모듈 및 약 3,900 MPa의 압축 강도를 가지며;
    e. 상기 체적 형상은 약 2.0 g/cc 미만의 겉보기 밀도, 약 100 Gpa 미만의 탄성 모듈 및 약 1,000 MPa 미만의 압축 강도를 가지며,
    f. 상기 체적 형상이 실질적으로 불순물이 없으며 이로써 Al, Fe, B, P, Ca, Mg, Na, Ni, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 총 불순물이 10 ppm 미만이고;
    g. 이로써 상기 폴리실로카브 유도된 SiC 보울이 실질적으로 마이크로파이프가 없는, 폴리실로카브 유도된 SiC 보울을 제조하는 방법.
  61. 고순도 옥시탄화규소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계; 및
    b. 상기 액체를 경화된 물질로 경화시키는 단계;
    c. 상기 경화된 물질이 적어도 99.999 % 순수한, 고순도 옥시탄화규소를 제조하는 방법.
  62. 제 61항에 있어서, 상기 액체가 약 30 % 내지 85 % 탄소, 약 5 % 내지 40 % 산소 및 약 5 % 내지 35 % 규소의 몰비를 갖는 폴리실로카브 전구체 제형인, 방법.
  63. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 적어도 99.9999 % 순수한, 방법.
  64. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 약 100 ppm 미만의 Al을 갖는, 방법.
  65. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 약 10 ppm 미만의 Al을 갖는, 방법.
  66. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 약 1 ppm 미만의 Al을 갖는, 방법.
  67. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 약 10 ppm 미만의 B를 갖는, 방법.
  68. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 총 약 500 ppm 미만의 Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S 및 As로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는, 방법.
  69. 제 61항에 있어서, 상기 경화된 물질이 총 약 100 ppm 미만의 Al, Ti, Fe, B 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 갖는, 방법.
  70. 옥시탄화규소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 액체를 증류시키는 단계;
    b. 상기 액체를 경화된 물질로 경화시키는 단계;
    c. 상기 경화된 물질을 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 세라믹 물질로 변형시키는 단계
    를 포함하는, 옥시탄화규소를 제조하는 방법.
  71. 제 70항에 있어서, 상기 세라믹 물질을 퍽, 브리켓, 벽돌, 환제 및 정제로 이루어진 형상의 그룹으로부터 선택된 형상으로 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  72. 제 70항에 있어서, 상기 세라믹 물질을 체적 형상으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 체적 형상이 상기 세라믹 물질의 경도의 1/3 미만의 경도를 갖는, 방법.
  73. 제 70항에 있어서, 상기 세라믹 물질이 적어도 99.999 % 순수한, 방법.
  74. 고순도 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 액체를 제공하는 단계;
    b. 상기 액체를 증류시켜 증류된 액체를 제공하는 단계;
    c. 상기 증류된 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 경화된 물질로 경화시키는 단계; 및
    d. 상기 액체를 본질적으로 규소, 탄소 및 산소로 이루어진 세라믹 물질로 열분해시키는 단계
    를 포함하는, 고순도 물질을 제조하는 방법.
  75. 고순도 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 액체를 제공하는 단계;
    b. 상기 액체를 증류시켜 증류된 액체를 제공하는 단계; 및
    c. 상기 증류된 액체를 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 경화된 물질로 경화시키는 단계
    를 포함하는, 고순도 물질을 제조하는 방법.
  76. 옥시탄화규소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    a. 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 물질을 제공하고 상기 물질이 액체인 단계;
    b. 상기 액체를 증류시켜 실질적으로 불순물이 없는 증류된 액체를 제공하는 단계;
    c. 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 수행함으로써 상기 물질을 변형시키는 단계;
    d. 상기 제1 세그먼트는 O, Si 및 C를 포함하는 경화된 물질을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제2 세그먼트는 O, Si 및 C를 포함하는 세라믹 물질을 제공함을 포함하고;
    e. 이로써 상기 세라믹 물질이 적어도 약 99.99 % 순수한, 옥시탄화규소를 제조하는 방법.
  77. 제 76항에 있어서, 폐-가스가 생성되고 수집되고 취급되는, 방법.
  78. 제 76항에 있어서, 폐-가스 취급이 애프터버너(afterburner)에서 폐-가스를 연소시키는 단계, 상기 폐-가스로부터 출발 물질을 회수하는 단계 및 상기 폐-가스를 스크러빙하는 단계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 공정을 포함하는, 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11566344B2 (en) 2020-06-16 2023-01-31 Senic Inc. Silicon carbide ingot, wafer, method for producing a silicon carbide ingot, and method for manufacturing a wafer
US11646209B2 (en) 2020-09-22 2023-05-09 Senic Inc. Method of cleaning wafer and wafer with reduced impurities

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220155608A (ko) * 2014-09-25 2022-11-23 멜리어 이노베이션즈, 인크. 폴리실로카브 계열 탄화 규소 물질, 이의 응용 및 장치
EP3353339A4 (en) * 2015-09-24 2019-05-08 Melior Innovations Inc. STEAM-VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND TECHNIQUES USING SILICON CARBIDE DERIVED FROM HIGH-PURITY POLYMER
CN109562340B (zh) 2016-07-08 2022-07-26 美铝美国公司 用于制造陶瓷粉末的系统和方法
US11264214B2 (en) * 2016-09-27 2022-03-01 Hokuriku Seikei Industrial Co., Ltd. Silicon carbide member for plasma processing apparatus, and production method therefor
CN115594508A (zh) * 2017-03-29 2023-01-13 帕里杜斯有限公司（Us） 碳化硅空间形体及形成球状体的方法
CN107963631A (zh) * 2017-12-12 2018-04-27 宁波爱克创威新材料科技有限公司 纳米碳化硅及其制备方法
CN108117078B (zh) * 2018-01-16 2020-12-08 西北工业大学 一种SiC纳米线的表面改性方法
CA3108004C (en) * 2018-07-31 2024-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Modular power converter
CN110921670B (zh) * 2018-09-19 2022-01-07 比亚迪股份有限公司 碳化硅及其制备方法
CN110042653B (zh) * 2019-04-17 2021-08-10 华南理工大学 一种表面具有多尺度SiC-SiOC陶瓷涂层的碳纤维及其制备方法
CN110734552B (zh) * 2019-10-31 2021-12-14 哈尔滨工业大学 一种高纯碳化硅多晶粉源前驱体的制备方法
DE102021104292A1 (de) * 2020-03-02 2021-09-02 Ii-Vi Delaware, Inc. Siliziumkarbidkristalle und verfahren zu ihrer herstellung
CN113698215B (zh) * 2020-05-20 2022-10-11 中国科学院金属研究所 一种致密的层状碳化硅陶瓷及其制备方法
EP4001475A1 (en) 2020-11-19 2022-05-25 Zadient Technologies SAS Improved furnace apparatus for crystal production
CN113408945B (zh) * 2021-07-15 2023-03-24 广西中烟工业有限责任公司 一种烤烟纯度的检测方法、装置、电子设备及存储介质
CN115745614B (zh) * 2022-11-29 2023-06-30 厦门大学 一种纳米金属增韧碳化硅陶瓷材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3520656A (en) * 1966-03-30 1970-07-14 Du Pont Silicon carbide compositions
US5872070A (en) * 1997-01-03 1999-02-16 Exxon Research And Engineering Company Pyrolysis of ceramic precursors to nanoporous ceramics
US20060046920A1 (en) * 2002-11-12 2006-03-02 Bridgestone Corporation Silicon carbide sintered product and method for production thereof
US20110008236A1 (en) * 2004-04-13 2011-01-13 Si Options, Llc High Purity Silicon-Containing Products and Method of Manufacture
US20140274658A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Melior Technology, Inc. Polysilocarb Materials and Methods

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US560291A (en) 1896-05-19 Electrical furnace
US492767A (en) 1893-02-28 Edward g
DE2803658A1 (de) * 1977-01-27 1978-08-10 Kyoto Ceramic Verfahren zur herstellung von dichten, gesinterten siliciumcarbidkoerpern aus polycarbosilan
US4696827A (en) * 1982-03-12 1987-09-29 Sony Corporation Silicon carbide-carbon composite molded product and process for manufacturing the same
EP0143122A3 (en) * 1983-08-26 1987-02-04 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. An ultrafine powder of silcon carbide, a method for the preparation thereof and a sintered body therefrom
US5635250A (en) * 1985-04-26 1997-06-03 Sri International Hydridosiloxanes as precursors to ceramic products
US5180694A (en) 1989-06-01 1993-01-19 General Electric Company Silicon-oxy-carbide glass method of preparation and articles
US5162480A (en) * 1990-12-14 1992-11-10 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Self-curing ceramicizable polysiloxanes
DE4320787A1 (de) * 1992-07-02 1994-01-05 Hoechst Ag Borhaltige Polycarbosiloxane, Verfahren zu ihrer Herstellung, aus ihnen herstellbare Bor und Silicium enthaltende keramische Materialien, sowie deren Herstellung
US5283019A (en) * 1993-05-04 1994-02-01 Dow Corning Corporation Porous silicon carbide ceramics using filled polysiloxanes
US5436207A (en) * 1993-12-10 1995-07-25 Dow Corning Corporation Process for preparing silicon carbide powder from vaporized polysiloxanes
CA2144037C (en) * 1995-03-03 2000-12-05 Jiayu Simon Xue Carbonaceous insertion compounds and use as anodes in rechargeable batteries
US5863325A (en) * 1995-05-31 1999-01-26 Bridgestone Corporation Process for producing high purity silicon carbide powder for preparation of a silicon carbide single crystal and single crystal
RU2094547C1 (ru) * 1996-01-22 1997-10-27 Юрий Александрович Водаков Сублимационный способ выращивания монокристаллов карбида кремния и источник карбида кремния для осуществления способа
CA2231665A1 (en) * 1997-03-25 1998-09-25 Dow Corning Corporation Method for forming an electrode material for a lithium ion battery
US7485570B2 (en) 2002-10-30 2009-02-03 Fujitsu Limited Silicon oxycarbide, growth method of silicon oxycarbide layer, semiconductor device and manufacture method for semiconductor device
US20060004169A1 (en) * 2003-01-10 2006-01-05 Sherwood Walter J Jr Ceramic-forming polymer material
JP4480349B2 (ja) * 2003-05-30 2010-06-16 株式会社ブリヂストン 炭化ケイ素単結晶の製造方法及び製造装置
CN1210204C (zh) * 2003-07-15 2005-07-13 中国科学院理化技术研究所 一种制备碳化硅的方法
FR2882356B1 (fr) * 2005-02-23 2008-08-15 Snecma Propulsion Solide Sa Procede de fabrication de piece en materiau composite a matrice ceramique et piece ainsi obtenue
US7323047B2 (en) * 2005-03-25 2008-01-29 Kyocera Corporation Method for manufacturing granular silicon crystal
US9388509B2 (en) 2005-12-07 2016-07-12 Ii-Vi Incorporated Method for synthesizing ultrahigh-purity silicon carbide
DE102006022791A1 (de) * 2006-05-16 2007-11-22 Vadym Bakumov Polymerabgeleitete mikro-, submikro- und nanoskalige Keramiken und Komposite durch Quervernetzung in Emulsionen
CN100554210C (zh) * 2007-06-27 2009-10-28 天津大学 液态聚硅氧烷合成致密硅氧碳陶瓷的方法
JP5177793B2 (ja) * 2007-12-27 2013-04-10 独立行政法人物質・材料研究機構 炭化ケイ素の製造方法
US8119057B2 (en) * 2008-02-19 2012-02-21 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Method for synthesizing bulk ceramics and structures from polymeric ceramic precursors
RU2389109C2 (ru) * 2008-04-07 2010-05-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) Способ подготовки поверхности бинарных и многокомпонентных материалов
RU83643U1 (ru) * 2008-11-19 2009-06-10 Адылбек Кадырханович Толстунов Электронная система охраны и дистанционного контроля удаленных объектов по беспроводным сетям
JP5630333B2 (ja) * 2011-03-08 2014-11-26 信越化学工業株式会社 易焼結性炭化ケイ素粉末及び炭化ケイ素セラミックス焼結体
KR20120136217A (ko) * 2011-06-08 2012-12-18 엘지이노텍 주식회사 광학 장치 및 이의 제조 방법
US10221660B2 (en) 2013-03-15 2019-03-05 Melior Innovations, Inc. Offshore methods of hydraulically fracturing and recovering hydrocarbons
US10167366B2 (en) 2013-03-15 2019-01-01 Melior Innovations, Inc. Polysilocarb materials, methods and uses
US9815952B2 (en) 2013-03-15 2017-11-14 Melior Innovations, Inc. Solvent free solid material
RU2524509C1 (ru) * 2013-04-25 2014-07-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ β-SIC НА КРЕМНИИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ
US8981564B2 (en) 2013-05-20 2015-03-17 Invensas Corporation Metal PVD-free conducting structures
CN103613365B (zh) * 2013-11-19 2015-02-11 桂林电器科学研究院有限公司 一种聚硅氧烷树脂合成硅氧碳陶瓷材料的方法
KR20220155608A (ko) * 2014-09-25 2022-11-23 멜리어 이노베이션즈, 인크. 폴리실로카브 계열 탄화 규소 물질, 이의 응용 및 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3520656A (en) * 1966-03-30 1970-07-14 Du Pont Silicon carbide compositions
US5872070A (en) * 1997-01-03 1999-02-16 Exxon Research And Engineering Company Pyrolysis of ceramic precursors to nanoporous ceramics
US20060046920A1 (en) * 2002-11-12 2006-03-02 Bridgestone Corporation Silicon carbide sintered product and method for production thereof
US20110008236A1 (en) * 2004-04-13 2011-01-13 Si Options, Llc High Purity Silicon-Containing Products and Method of Manufacture
US20140274658A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Melior Technology, Inc. Polysilocarb Materials and Methods

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11566344B2 (en) 2020-06-16 2023-01-31 Senic Inc. Silicon carbide ingot, wafer, method for producing a silicon carbide ingot, and method for manufacturing a wafer
US11646209B2 (en) 2020-09-22 2023-05-09 Senic Inc. Method of cleaning wafer and wafer with reduced impurities

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EP3197847B1 (en) 2020-11-18
KR20210074407A (ko) 2021-06-21
RU2017114129A3 (ko) 2018-10-25

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